20240716: 運動誘発筋障害・温冷浸漬・リカバリー
神経筋疲労は通常、筋力やパワーを生成する能力の低下として定義されます 。運動誘発性筋損傷（EIMD）の文脈では、筋疲労は筋線維の構造的損傷や遅発性筋肉痛（DOMS）の発生と一致します 。損傷後、微細に調整された免疫炎症反応が観察され、これは筋修復の開始における重要なステップとなります 。動物モデルにおいて非生理的（つまり、重度の）損傷プロトコルを含む場合、このステップは「二次損傷」と呼ばれることが頻繁にあります 、これは力生成能力の低下が免疫炎症反応の程度と関連しているという観察によるものです 。対照的に、人間における2回目のエキセントリック収縮後では、免疫炎症反応がやや増強される一方で、EIMDのマーカーは抑制されていることが観察されました 。総じて、持続的または誇張された反応が二次的な筋損傷の間接的なマーカー（例えば、機能的回復やDOMS）を悪化させるという強い証拠はありません。
コアおよび/または筋肉温度の操作を含む回復介入は、免疫炎症反応の動態を調節することを仮定されており 、神経筋の回復を加速することを期待されています 。特に冷水浸漬（CWI）を通じたクライオセラピーは、現在ではアスリートやコーチによって広く受け入れられています 。クライオセラピーの理論的根拠は、損傷直後の段階で筋内温度の低下を維持し、仮説的な二次損傷の増殖を抑制することにあります 。その抗炎症特性がしばしば主張される一方で、筋機能の回復を加速するためのクライオセラピーの使用は、何度も挑戦を受けてきました。
動物実験では、クライオセラピーが炎症反応を低減する効果が示されていますが 、これらの結果は人間では不明確なままです 。最近のメタアナリシスでは、集計されたデータが神経筋回復に関する対照的な結果を強調しています：CWIはEIMDの24時間後に筋力（ジャンプ、スプリントなど）に関連する機能的パラメータにポジティブな効果をもたらしましたが、最大筋力の回復、つまり筋肉のピークトルク（Tpeak）値の回復には効果がありませんでした 。さらに、プラセボをデザインに含むすべての研究は、神経筋回復においてCWIがプラセボ条件と同等の効果を持つことを明らかにし、この戦略の有効性に疑問を投げかけています 。
最近では、パッシブな温水浸漬（HWI）の形での温熱療法が神経筋回復を促進するために注目を集めています。熱が免疫炎症反応の調節に重要な役割を果たす可能性があるからです 。初期回復期（運動後数時間以内）にHWIを使用した場合、その効果は実験室ベースの設定 でも、同じ日のトレーニングセッション間に実施された場合 でも有望です。対照的に、疲労を引き起こすタスク後の24時間から72時間の遅延回復期にHWIが適用された場合、神経筋回復、筋損傷、またはDOMSに関して対照的な結果が観察されています 。Sautilletらの最近の研究では、40°Cと41°Cという近接したHWI温度がEIMD後の神経筋回復に異なる影響を与えることが示されました：41°Cの条件はDOMSを軽減し、神経筋機能をベースライン値に回復させることに成功しましたが、40°Cの条件ではそうではありませんでした 。HWIの明確な利益を示せなかった前述の研究 では、使用された温度が36°Cから40°Cの範囲であり、神経筋回復を改善するには不十分な熱ストレスであったことに注目する価値があります。既存の文献を総合すると、潜在的なドーズ-responseが提案されています。
まとめると、既存の文献は、HWI温度の低から中程度のレベル（36°C-40°C）が神経筋回復に限定的な効果しか持たず、より高い温度（41°C以上）が有益な結果をもたらす可能性があることを示唆しています。最後に、遅延回復期におけるCWIとHWIを直接比較した研究は、神経筋回復に関して相反する結果を示しており 、どちらの方法が優れているかについての決定的な結論を引き出すことを妨げています 。
CWIまたはHWIが神経筋機能に与える影響を調査した多くの研究は、主に最大等尺性収縮を通じて得られたピークトルク値（Tpeak）の回復動態に焦点を当てています 。しかし、短時間で大量の力（またはトルク）を発揮する能力は、Tpeakのような単一のピーク値よりも機能的に関連性が高いと考えられています 。この能力は力発揮率（RFD）として定義され、通常は250ミリ秒以内の短時間の収縮中に力と時間の曲線の傾きを測定することで評価されます 。興味深いことに、RFDはTpeakよりも筋損傷の間接的なマーカーとして敏感であることが判明しており、以前の研究ではRFDがEIMDによってTpeakよりも影響を受けることが指摘されています 。
総合すると、Tpeakのみに依存するのではなく、RFDの探索はCWIとHWIの神経筋回復への影響を識別する上で興味深い可能性があります 。さらに、表面筋電図（sEMG）信号の周波数領域での分析は、RFDの検討を補完できます。神経筋疲労は、さまざまなsEMG周波数におけるスペクトルパワーの顕著な変化を引き起こすことが知られています。現在までのところ、低周波および高周波sEMG成分のスペクトル密度を別々に検討することで、遅筋および速筋繊維の異なる寄与を識別することが可能となり、神経筋疲労の研究に応用されています。
具体的には、低周波帯域のパワースペクトル密度が神経筋疲労に対して特に敏感であることが明らかになっています 。 したがって、この研究の主な目的は、最新の神経筋回復ガイドラインに従って実施されたCWIまたはHWIの前後で、EIMDが四頭筋のTpeak、RFD、DOMS、および低周波帯域のパワースペクトル密度に与える影響を比較することでした。炎症反応を鈍化させることが筋修復に有利であるという限られた証拠に基づき、HWIがRFDの低下および痛みを緩和し、CWIはそうではないと仮定しました。この仮説に一致して、CWIはsEMG信号から得られる低周波帯域のスペクトル密度を高め、より顕著な神経筋疲労を示すと考えました。
EIMDによる神経筋疲労
CWI11およびCON36グループのそれぞれから2名の参加者（計4名）は、100回のエキセントリック収縮を行ったにもかかわらず、筋力損失基準（すなわち、EIMD後のTpeakが15%以上低下）を満たさなかったため、分析から除外されました。残りの参加者（n=26）では、EIMDが3つの条件（CON36: -27.9 ± 7.8 %; CWI11: -21.2 ± 6.2 %; HWI41: -21.2 ± 5.1 %; p = 0.13; ω2 = 0.009）で同様の急性神経筋疲労（すなわち、Tpeak値の低下）を引き起こしました。
HWI中の体幹温度
浸漬中または浸漬後に臨床症状は発生しませんでした。HWI41終了時には、参加者の体幹温度は浸漬前の値と比較して顕著に上昇しました（38.82 ± 0.13 vs. 37.47 ± 0.24 °C; p < 0.001; d = 5.58）。これは、浸漬前の値からの平均増加が+ 1.33 °C (± 0.23) であることを反映しています。体幹温度が38.5°Cを超える持続時間は22.2 (± 8.2) 分でした。
ピークトルク、遅延期の力発揮率および圧痛閾値
3つの条件に対するTpeak、RFD100-200、およびPPTの平均変化はに示されています。EIMD前のTpeak到達までの平均時間は534 (± 71.1) msでした。Tpeakに対して有意な相互作用（条件×時間）が観察されました（F (3,66) = 3.152; p = 0.009; ω² = 0.023）。
具体的には、Tpeakは、CON36 (p < 0.001, d = 1.193)およびHWI41 (p = 0.026, d = 0.726)の両方の条件で、ポスト24時間の時点でベースライン値より低かったのに対し、CWI11ではポスト24時間の時点でベースラインとTpeakに違いはありませんでした (p = 1, d = 0.452)。ポスト48時間の時点で、TpeakはCON36の後ではベースラインよりも低いままでしたが (p < 0.001; d = 1.129)、CWI11 (p = 0.079, d = 0.728)またはHWI41 (p = 1, d = 0.124)の後ではベースラインに戻りました。
RFD100-200に対して有意な相互作用が見られました (F(2,44) = 3.358; p = 0.018; ω² = 0.036)。具体的には、ポスト24時間の時点で、RFD100-200はCON36 (p = 1, d = 0.583)、CWI11 (p = 0.08; d = 1.004)、およびHWI41 (p = 1, d = 0.33)の後ではベースライン値と同様でした。しかし、ポスト48時間の時点でRFD100-200はCWI11 (p = 0.027; d = 1.222)およびCON36 (p = 0.040, d = 0.981)の両方の後ではベースラインと比較して減少しましたが、HWI41の後ではベースラインに戻りました (p = 1, d = 0.144)。
PPTに対して有意な相互作用が見られました (F(4,44) = 6.58; p < 0.001; ω² = 0.079)。より正確には、PPTはポスト24時間の時点でCON36 (p = 0.027; d = 0.962)およびCWI11 (p = 0.005 d = 1.369)の両方の後ではベースラインから減少しましたが、HWI41の後では変化しませんでした (p = 0.819; d = 0.531)。PPTの減少はポスト48時間の時点でもCON36 (p = 0.013, d = 1.031)およびCWI11 (p < 0.001, d = 1.844)の後で持続しましたが、HWI41の後では変化しませんでした (p = 1, d = 0.196)。
筋電図信号の低周波帯域の正規化
3つの条件に対する低周波帯域の平均変化は図4に示されています。低周波帯域において有意な相互作用が見られました (F(4,44) = 10.049; p < 0.001; ω² = 0.175)。より具体的には、ポスト48時間の時点で、CON36 (p = 0.034, d = 1.287)およびCWI11 (p = 0.012, d = 1.434)の両方の条件後に低周波帯域がベースラインから増加しましたが、HWI41後にはそのような増加は見られませんでした。
圧痛閾値とRFD100-200の相関
PPTの変化とRFD100-200の間には有意な正の相関が見られました 。
最新の冷水および温水浸漬の推奨に従って行われた本研究の主要な発見は、次の通りです。運動誘発性筋損傷後において、物理的に活発な男性を対象に実施された研究の結果は以下の通りです。
(i) ホットウォーター浸漬（HWI）単一セッションは、運動誘発性筋損傷後の力発揮率の低下と筋肉痛を効果的に緩和し、ウォームバス対照および冷水浸漬（CWI）とは対照的でした。
(ii) 冷水浸漬またはウォームバス対照後の迅速な力発揮の低下は、sEMG信号の低周波帯域の増加と同時に発生し、sEMGの上昇率は影響を受けませんでした。
(iii) ポスト48時間の時点で、冷水浸漬後の最大および爆発的な筋力の回復パターンには乖離が見られました。
現在の研究結果は、HWI41が膝伸展筋の爆発的筋力の減少を打ち消すのに十分な生理的刺激を引き起こしたことを強調しています。これは、ポスト48時間の時点でRFD100-200がベースライン値に戻ったことに裏付けられています。したがって、我々の結果は、熱がEIMD後の爆発的筋力の回復を効果的に促進することを示す最近の研究と一致しています 。最大筋力（Tpeak）は、通常、EIMD後の神経筋回復の動態を評価するための主要指標と見なされています 。しかし、最近の証拠は、この評価が不完全である可能性があり、より包括的な評価のためにRFDも考慮すべきであることを示唆しています 。
直接評価されていないが、現在のエキセントリックなレジメンが筋線維の構造的損傷を引き起こしたことが予想されます。
特に速筋線維は遅筋線維に比べて損傷を受けやすいため、エキセントリック運動は特にRFDの遅い段階（例：100-200 ms内）に影響を与えることが期待されます 。速筋線維は遅筋線維に比べて動員の慣性が大きいためです 。
この仮説に一致して、Peñaililloらの研究では、同じ筋群（大腿四頭筋）で評価されたRFD100-200がTpeakや力と時間の曲線から計算された他のRFDよりもEIMDに対して敏感であることが示されました 。注目すべきは、浸漬条件に関係なく、EIMDがREMGRで定量化された神経駆動力に影響を与えなかったように見えることです 。HWI41のみがRFD100-200の低下を緩和するのに効果的であったため、我々の結果は、EIMD後の筋修復（すなわち、内在的な筋要因）を強化する上でCWI11よりもHWI41が有利な結果をもたらしたことを間接的に示唆しています。
熱が爆発的筋力の低下を緩和するメカニズムは、おそらく熱ショックタンパク質（HSP）の発現に関与しています。Senfらは、細胞外HSP(70)が炎症反応に関与する筋細胞の動員を回復させることによって、筋修復および線維適応に重要な役割を果たすことを示しました 。本研究では、各参加者の体幹温度を38.5°C以上に維持することに成功し（平均最高値：38.8°C）、これは細胞外HSPのアップレギュレーションに必要な重要な閾値です 。Sautilletらの研究では、この閾値以上の体幹温度の維持がEIMD後の神経筋回復の加速と相関する一方で、38.5°Cに近いがそれより低い増加では有意な効果がないことが示されました 。HWIの効果を検討した以前の研究では、体幹/筋温度に対する十分な内因性熱ストレスと関連しない浸漬時間と温度のみが提案されていました。
繰り返し行われるエキセントリック収縮に起因する広範な筋内（骨格筋線維）および筋外（筋膜結合組織）の損傷は、侵害受容体経路の活性化を引き起こし、結果として遅発性筋痛（DOMS）の発症につながります 。興味深いことに、CWI11およびCON36の後ではPTTが低下し、圧痛感受性が増加したことを示していますが、HWI41後では変化が見られませんでした。
したがって、現在の結果は、41°Cでの浸漬がDOMSの重症度を軽減したことを示しており、CWI11やCON36には同様の効果が見られなかったことを示しています。これらの結果は、HWIが筋肉痛に対する鎮痛特性を持つことを確認しており 、これは熱による血流/代謝の増加、HSPのアップレギュレーション、代謝物の変化、および/または末梢痛覚受容体経路（例：TRPVチャネル）の脱感作によって媒介される可能性があります 。冷却露出に関しては、我々の結果は、EIMDから48時間後にDOMSの減少が見られるとした現在のメタアナリシスと矛盾しています 。これらの矛盾は、DOMSの評価方法に起因する可能性があります。具体的には、以前の研究では主に主観的な視覚アナログ尺度を用いて定量化された全体的な痛みの強度の認識に依存していました 。対照的に、今回の結果は、高閾値の機械感受性受容体の刺激に基づき、PTTを通じて定量化されました 。興味深いことに、PTTの変化とRFD100-200の変化との間に小さいながらも有意な正の相関が見られ、PTTの最大の減少がRFD100-200の最大の減少に対応していることを示しています。この観察に沿って、Fleckensteinらは、視覚アナログ尺度を用いて定量化された痛みの強度ではなく、PTTが神経筋機能障害と相関していることを示しました。総合すると、PTTは、EIMD後の回復過程において視覚アナログ尺度よりも敏感な痛みのマーカーとして提供される可能性があります。さらに、PTTは視覚アナログ尺度とは異なり、主観的な解釈により影響を受けにくい半客観的な痛みの測定とされています。選手たちの間でCWIの利点に対する普及した信念があることを考慮すると、主観的な測定に依存することは、以前に示されたようにプラセボ効果によって痛みの知覚に偏りを生じさせる可能性があります。
CWI11は、最大力生産の減少を軽減するのに成功し、TpeakがCON36と比較して24時間および48時間の時点で基準値に戻った。しかし、48時間の時点でRFD100-200は依然として低下しており、これによりCWI11後の最大力と爆発的な力の回復動態の明確な逸脱が示されています。興味深いことに、CWI11の後にsEMG広筋筋の低周波帯が増加したことに注目しましたが、HWI41の場合にはこの傾向は見られませんでした。神経筋疲労の蓄積に対する応答として、外側広筋のsEMG信号の低周波帯のスペクトルパワープロファイルが低周波数の明確な優位性にシフトすることがあります。低周波数は一部で運動単位の同期と関連している可能性があります。運動単位の同期の変化がピーク力の生成に役立つことが示されていますので、CWI11が補償的な神経メカニズムを介してピーク力出力を維持した可能性がありますが、爆発的な力は維持していなかったと考えられます。
力を迅速に生成する能力は、スプリントやジャンプなど、力を生成する時間が制限される状況で特に重要な身体的要件とされています。また、怪我を予防するために関節を安定させる際にも重要です。
膝伸筋がピーク力を発揮するまでの平均時間は534 msであり、これは以前の報告と一致しています。これは、急速なアスリートの動きが関与する状況では、RFDがTpeakよりも神経筋回復の適切な代理指標となることを示しています。したがって、CWI後にTpeakが基準値に戻ったことは、一般的に想定されているように必ずしも良好な結果として一律に捉えるべきではありません。その代わりに、回復が行われる競技的文脈を考慮して解釈する必要があります。
健康で身体的に活動的な男性において、軽度の運動誘発筋障害（EIMD）の直後に施行された一回のHWI41セッションは、爆発力（RFD100-200）の回復を加速させるために必要な生理学的刺激を提供しました。一方で、CWI11は最大力（Tpeak）の低下を軽減するのみであり、能力を迅速に発揮することが重要な競技シナリオにおいて冷却ストレスの妥当性に疑問が投げかけられます。実践的な観点から、この研究は、筋肉を損傷する運動の間に爆発力の迅速な回復を求めるアスリートにとって、腰の高さのHWIの効果を強調しています。ただし、一部の参加者では、体温（および筋肉温度）を回復目的のための適切なレベルに上げるために必要な時間が最大で60分に達する場合があり、これはしばしばアスリートが報告する時間的制約と相反する可能性があります。一方で、マイクロ波ジアテルミーなどの局所加熱療法法は、わずか20分で筋肉温度を著しく上昇させることが示されています。特に筋肉温度を対象とするこれらの方法が、神経筋回復を加速するためにも有効かどうかは、今後の課題となります。
まとめ
近年、熱や冷水浸漬を含む回復プロトコルのガイドラインは大きく進展しています。しかし、運動誘発筋障害（EIMD）後の神経筋回復の主要指標における冷水浸漬と熱水浸漬の効果を比較する研究は不足しています。
48時間で、CWI11（-8.3±6.8％、p=0.079）およびHWI41（-1.4±4.1％、p=1）の両方でTpeakが基準値に戻りました。これに対し、RFD100-200（-2.3 ± 29.3％、p=1）とPPT（+5.6±14.6％、p=1）は後48時間においてのみHWI41で基準値に戻りました。sEMG信号のスペクトル解析では、CWI11の後、低周波数帯が有意に増加しました（+9.0 ± 0.52％、p=0.012）。
身体的に活動的な男性において、EIMD後の遅相力発揮速度（RFD100-200）の回復を改善するために、単一のHWI41セッションがCWI11よりも効果的であった。これは、急速な力の発達がパフォーマンスの決定要因となる競技的な文脈では、冷水浸浴よりも熱水浸浴が好まれるべきであることを示唆しています。