20240423: 二重課題・神経認知エラー・ACL・非接触型損傷・女性アスリート
スポーツ活動中に下肢に観察される可能性のある一般的なマルアライメントは動的膝外反 (DKV) であり、これは膝損傷の根本的なメカニズムとして提案されています。これには、膝の外反、脛骨の内旋、股関節の内転の組み合わせが含まれます。DKVは、動的活動 (着地、ランニングなど) 中の膝蓋大腿痛や前十字靱帯 (ACL) 損傷などの下肢損傷の発症と関連しています。 ACL 損傷は、症例の 70 ～ 80% で膝の外転負荷によっても予測されます。さらに、DKV の有病率は男性よりも女性の方が高い。そうであっても、これは男性が危険にさらされていないという意味ではありません。研究者らは、足関節背屈の低下、股関節の外転筋と外旋筋の弱さ、股関節筋組織の活性化パターンの不良など、 DKV を引き起こす可能性のあるいくつかの要因を調査してきました。急速な停止、方向転換、ジャンプ、または着地を伴うスポーツでは、前十字靱帯 (ACL) 損傷のリスクが高い運動選手になります。サッカー、バスケットボール、ハンドボールなど、回転、カット、ジャンプ着地が必要なスポーツでは、ACL 損傷が頻繁に発生します。 ACL 損傷は、着地時や急激な方向転換時に発生する可能性があり、地面反力が体重の 5 ～ 7 倍になることがあります。 ACL損傷後のリハビリテーションとACLの再建にも関わらず、ACL損傷後は異常な運動パターンが持続し、変形性膝関節症の罹患率が高く早期に発症し、対側ACL損傷やACL移植不全の可能性が高くなります。
ACL損傷は、ACLがその生理学的能力を超える負荷にさらされたときに発生します。浅い膝屈曲角度での大腿骨に対する脛骨の前方移動に伴う前方剪断力は、in vivo および in vitro 研究により ACL 損傷メカニズムとして示唆されています。傷害の主なメカニズムには複数の運動面が関与していることが現在認識されているが、ACL傷害に関する他の理論も提唱されている（例えば、大腿四頭筋の剪断力、軸方向の負荷、または膝の過伸展）。
あるいは、膝の怪我につながる要因を理解すれば、危険にさらされているアスリートの怪我予防プログラムを促進することも可能かもしれません。現在まで、解剖学的、生体力学的、ホルモン的要因により重点が置かれてきました。それでも、最近では、スポーツ関連の傷害の発生に対する認知的要因（例えば、注意力や意思決定）の影響の可能性をより良く理解することに関心が集まっている。これに関して、最近の研究では、注意を必要とする二次的な認知タスクを実行すると、バランスと歩行のダイナミクスに悪影響を及ぼすことが実証されています。注意の能力モデルによれば、誰もが認知作業を行う能力には限界があり、異なるタスクはその能力に異なる要求を課します。リスクの高い動作パターンを実行する際のアスリートの対戦相手、チームメイト、またはゴールへの注意の集中が可能性を左右する可能性があり、チーム スポーツに参加しているときに前十字靭帯損傷を経験する可能性があります。したがって、内因性因子（筋力や可動域など）は、ACL損傷のリスクを促進する際に外因性因子（プレー環境、選手、対戦相手の行動など）と相互作用すると考えられる。
アスリートは、注意が別の作業や対象にそらされると、膝の怪我を負うリスクが高くなります。この問題に取り組むために、研究者や医療専門家は、ドロップジャンプやマルチタスクで実行されるカット動作などのスポーツ特有の活動中の下肢の生体力学を評価する際に、実際のスポーツ環境における身体的および認知的要求を調査しました。これに関連して、2 つの系統的レビューでは、健康な人の片脚カット動作中に予測が膝の動きにどのような影響を与えるかを調査し、不適切な動作戦略により事前計画の欠如が生じる可能性があることを明らかにしました。逆に、既存の証拠は、アスリートの生体力学的な特徴の変化により、さらなるスポーツ関連の傷害を受けやすくなる可能性があることを示唆しています。したがって、観客、コーチの指示、競技者の反応などに注意を払うことによって、アスリートがフィールド上で気を散らすと、スポーツ関連の活動に生体力学的変化が生じ、さらなる怪我を負うリスクが高まる可能性があると考えられます。
DKV は下肢によく見られる生体力学的異常であり、アスリートの膝損傷の高いリスクと関連しています。一方で、最近の研究では、認知負荷と注意力の変化がアスリートの動作パフォーマンスに悪影響を及ぼし、潜在的に怪我のリスクを高める可能性があることが示唆されています。さらに、DKV のアスリートが ACL 損傷を起こしやすくなる生体力学的変化を理解することは、トレーナーや実践者が彼らのためのより効果的な損傷予防プログラムを開発するのに役立ちます。しかし、これまでのところ、DKV を持つアスリートの競技特有の動作に対する認知負荷の考えられる影響を調査した研究はありません。したがって、本研究は、DKVの有無にかかわらず女性アスリートのジャンプ着地時の運動学と運動学に対するデュアルタスクの影響を調べることを目的としています。この研究では、DKVのある女性アスリートとDKVのない女性アスリートを募集し、デュアルタスクパラダイムを使用して、ジャンプ着地時の動作パフォーマンスに対する認知負荷の影響を調査します。この研究の結果は、DKVを持つアスリートの運動能力に対する認知負荷の潜在的な影響についての貴重な洞察を提供し、この集団に対する標的を絞った傷害予防戦略の開発に役立つ可能性がある。
一元配置反復測定分散分析を利用して、2 つのグループ間の二重タスクの効果における考えられる差異を調べました。時間効果を使用して、IC における下肢の運動学に対するデュアルタスクの一般的な効果を調べました。その結果、デュアルタスクにより、股関節屈曲（P = 0.043）、股関節内転（P < 0.001）、膝伸展（P < 0.001）、足関節底屈（P = 0.001）、足関節外旋（P < 0.001）、足関節の内旋（P = 0.002）。さらに、股関節の伸展（P < 0.001）、膝の伸展（P < 0.001）、膝の内転（P = 0.014）、膝の内旋（P < 0.001）、足関節の底屈（P = 0.031)、足関節の内旋モーメント ( P = 0.031)、およびピーク垂直地面反力 ( P = 0.002)
さらに、時間×グループの相互作用を使用して、DKV のあるグループとないグループに対するデュアルタスクの考えられる異なる効果を調べました。その結果、股関節屈曲（ P < 0.001）、膝外反（P < 0.001）、足関節底屈（P = 0.037）、足関節内旋角度（P < 0.001）の平均値 、および股関節内転（P = 0.011）、股関節伸展（P < 0.001）、膝屈曲（P = 0.017）、膝外旋（P < 0.001）、足関節底屈（P = 0.046）、足関節外旋（P < 0.001）、および足関節の内旋モーメント ( P = 0.046) (表3 ) は、両グループ間で有意に異なって変化しました。
今回の研究の目的は、DKVの有無にかかわらず女性アスリートのジャンプ着地時の運動学と運動学に対するデュアルタスクの効果を比較することであった。私たちの結果は、DKVを持つアスリートと持たないアスリートの着地時に、二重課題が下肢の生体力学の変化につながることを示しました。さらに、二重課題は、DKV のない運動選手と比較して、DKV のある運動選手に異なる効果をもたらしたことが示されています。
下肢の生体力学に対するデュアルタスクの影響に関して、我々の結果は、着地と同時のデュアルタスクが下肢の運動学および運動学の変化につながる可能性があることを示しました。全体として、結果は、二次的な認知課題が、ACL 負荷の増大やジャンプ能力の低下など、下肢の生体力学の変化につながるという仮説と一致しています。以前の研究で判明したように、非接触スポーツで被る損傷のかなりの割合は、さまざまなスポーツで使用される重要な運動課題であるさまざまな着地動作中に発生します。この研究の結果は、両方のグループのデュアルタスクで股関節屈曲が減少する一方、股関節内転角はDKVなしのアスリートでは増加し、DKVグループでは減少することを実証しました。これらの結果は、数字を逆に数えるという二重課題を使用することによって得られますが、この二重課題は、アスリートがフィールドでスポーツを行うときによく見られる認知機能ではありません。この事実を考慮して、いくつかの研究は、より多くのスポーツ関連の二次的認知課題がアスリートの生体力学的変化（例えば、股関節および膝の屈曲の減少、より大きな垂直地面反力、および膝の外転）をもたらす可能性があることを示した。
矢状面における生体力学的な要因が ACL 損傷メカニズムとして特定されていることは注目に値します。股関節角度の増加と GRF の減少は、よりソフトな着地と関連しており、結果として ACL 負荷が減少する可能性があることが実証されています。股関節屈曲角度が浅いと、大腿骨に対する脛骨の前方への並進も生じる。股関節屈曲が減少すると、体の硬さにより GRF が増加し、膝の屈曲角度が浅くなり、これらは両方とも ACL の歪みに寄与することが知られています。
さらに、デュアルタスクでの股関節内転角は増加し、膝外転は ACL 損傷の一般的なメカニズムであり、女性アスリートにおける ACL 損傷のリスク増加と関連しているため、股関節内転と膝外反との関連性は重要な結果です。注目すべきは、女性アスリートでは、股関節外転筋の筋力や動員パターンが不十分であることが、大腿骨内転、股関節内旋、膝外反における下肢の位置決めに関与している可能性があることです。体重を支える動作を行う際、過剰な股関節の内転と内旋が下肢全体の運動学に影響を及ぼし、足部に対して膝関節中心が内側に移動する可能性があると考えられます。一方、ＤＫＶは、足部が地面に位置しているときの膝関節の内側への動きに関連する。
さらに、参加者が両方のグループで二重課題を実行している間、膝の屈曲角度が減少したことが示されました。多くの研究は一般に、アスリートに第 2 の課題 (認知的または運動関連) を導入すると、運動制御能力が低下する可能性があることを示しています。これは、なぜ ACL 損傷がダンスよりもスポーツで頻繁に発生するのかを説明するのに役立つかもしれません。ダンスでは同様の動作が必要ですが、人々は自分の動作パターンに完全に集中することができます。アスリートにおけるデュアルタスクの効果を研究した研究では、アスリートが注意を分散しなければならない場合、よりリスクの高い方法を使用することを好むことが示唆されています。
さらに、膝の外反角度は、DKV ではデュアルタスクで増加しましたが、WDKV グループでは減少しました。 「靱帯依存」として知られるこのパターンは、前額面での膝の受動的拘束への潜在的な依存度が高いことを指し、女性アスリートにおけるACL損傷の重大な原因であると考えられています。
さらに、この研究では、DKV グループでは二重課題の下で足関節の内旋が増加したが、WDKV では変化がなかったことがわかりました。足関節が大きく内旋すると、膝を含むすべての下肢関節は内旋負荷を受けます。二重課題の下での足関節の外反は DKV グループでのみ増加しましたが、これは前十字靱帯損傷を引き起こす可能性のある解剖学的要因と考えられる。足関節の外反によって引き起こされる生体力学的変化は、関節の負荷、筋肉の機械的効率、フィードバック、および固有受容に影響を与え、下肢の神経筋制御の変化につながる可能性があります。
着地時の下肢の運動に関して、この研究では二重課題の下で両グループで股関節伸展モーメントが減少することが示されました。私たちの調査結果は、Mache らの結果と一致しませんでした。 （2013年）。彼らの研究では、ドロップジャンプではなくドロップランディングの際、参加者は意思決定条件下では事前に計画された条件と比較して股関節伸展モーメントが小さくなりました。多くの研究者は、閉鎖運動連鎖操作中の近位膝制御における股関節の重要性を強調しています。下河内らは、膝伸筋モーメントの減少と足関節底屈筋モーメントの増加が、股関節伸筋モーメント生成の増加に関連していると述べています。ハムストリングスの筋肉が膝を屈曲させ、股関節を伸長させるとき、より大きな股関節伸筋モーメントは、ハムストリングスの収縮要求の増加または維持を示すことになる。研究では、ハムストリング筋の同時収縮を伴うスクワットなど、大腿四頭筋の力や膝伸筋運動が ACL の負荷を軽減することが実証されているため、これは重要です。ハムストリングの収縮は、膝の横方向の荷重に寄与し、ACL の荷重を増加させることもわかっています。また、参加者がデュアルタスクでタスクを実行している間、膝の外旋モーメントは減少しました。女性アスリートにおける ACL 損傷の大部分は、非接触エピソード中に発生し、最も一般的には、膝関節に高い外部負荷を伴う減速、側方旋回、または着地作業中に発生すると報告されています。
以前の研究と同様に、二重課題により膝の外転モーメントが増加しました。以前の実験室研究では、膝の外転モーメントが ACL の緊張の主な要因の 1 つであることも示されており、膝の外転モーメントが ACL 損傷のメカニズムに重要な役割を果たしていることが示唆されています。
足関節では二重課題条件下で足関節の屈曲モーメントと外旋モーメントが大きく変化した。研究結果では、底屈モーメントが大きいと膝伸展モーメントが少ないことに関連していることが示されており、これは着地時の衝撃吸収を効果的に行うために足底屈筋を使用することが重要であることを示しています。足関節モーメントは、倒立振子モデルの重心 (COM) 位置の移動に関与します。バランスを維持するために、COM が前方 (または後方) に変化すると、より高い底屈筋 (または背屈筋) モーメントが生成されて圧力中心がさらに前方 (または後方) に移動します。この点に関して、Shimokochi et al. は、膝伸筋モーメントの低下は底屈筋および股関節伸筋モーメントの増加に関連し、圧力中心の前方変位は足関節底屈筋モーメントの増加と膝伸筋モーメントの低下に関連すると仮説を立てました。
私たちの研究は、アスリートに二次的な課題に集中するよう要求すると、下肢の生体力学が変化し、おそらく膝損傷のリスクが高まることを示す一連の文献の増加に貢献しています。したがって、研究室でスポーツ操作を研究しようとするときは、スポーツによる認知的要求が膝損傷のリスクを高める可能性があることを考慮する必要があります。また、私たちの調査結果は、トレーナーや臨床医が、競技中にアスリートが経験する二重の課題を考慮する必要性を強調しているようです。これは、アスリートに逆算させたり、注意を払わせたりするなど、動作課題に関連する認知的要求の増加さえも含まれるためです。ボールへの衝撃は、下肢の生体力学に影響を与えるのに十分です。着地は幅広いスポーツで使用される重要な運動動作であり、非接触スポーツにおける怪我のかなりの部分を引き起こします。
本研究は、DKV を有するアスリートと DKV を有しないアスリートでは、ジャンプ着地課題中の二重課題における下肢の運動と運動学が大きく異なることを実証しました。このように、デュアルタスクでは膝の外反が増加する一方、膝の屈曲は減少し、アスリートはさらなる怪我のリスクにさらされます。ジャンプ着地課題と組み合わせて認知課題を実行すると、安全なジャンプ着地を行うために必要な運動プログラムに破局的な影響を与える可能性があります。 DKV のアスリートは、ジャンプ着地課題を実行中に身を守ることができる可能性が低い可能性があるため、動的膝外反を患うアスリートの着地時の運動と運動学の変化を分析することで、下肢、特に下肢の損傷に関連する潜在的なメカニズムを特定できます。
まとめ
二重の課題は注意力の分散により怪我の可能性を倍増させる可能性があることが指摘されています。この研究は、動的膝外反の有無にかかわらず女性アスリートの運動学とジャンプ着地の運動学に対するデュアルタスクの影響を調査することを目的としました。この研究では、18 歳から 30 歳までのレクリエーション競技者 32 名が募集され、動的外反膝関節のあるグループ (n = 17) とそうでないグループ (n = 15) に分けられました。反射マーカーの 3D 位置は、8 台のカメラ Kestrel システム (カリフォルニア州サンタローザの Motion Analysis Corporation) を使用して 200 Hz で記録され、一方、地面反力は 2 つの隣接するフォース プレート (FP4060-NC) を使用して 1000 Hz で同期して記録されました。 ；Bertec Corporation、オハイオ州コロンバス）。ジャンプ着地の運動と運動学は、二重課題として後方桁を数えながら、また単一課題として後方桁を数えずに記録されました。一元配置反復分散測定を使用して、95% の有意水準 (α < 0.05) でデータを分析しました。この研究では、二重課題が両方のグループの股関節、膝関節、足関節の角度とモーメントに影響を与えたことがわかりました（P < 0.05）。さらに、デュアルタスクの効果は、股関節屈曲（P < 0.001）、膝外反（P < 0.001）、足関節の内旋（P = 0.001）の角度、および股関節のモーメントにおいて 2 つのグループ間で大きく異なりました。屈曲（P < 0.001）、股関節外転（P = 0.011）、膝関節屈曲（P = 0.017）、膝関節内旋（P < 0.001）、足関節背屈（P = 0.046）、足関節外旋（P < 0.001）、足関節内旋 ( P = 0.046)。動的外反膝を持つアスリートは、着地の際に身を守ることができず、下肢の損傷を起こしやすい可能性があります。その結果、着地時に動的外反膝を患うアスリートに運動と運動学を使用することは、下肢損傷やACL損傷の危険因子に関連する潜在的なメカニズムを特定するのにも役立つ可能性があります。