はじめに

先週は、膝蓋大腿部痛の治療に役立つランニングの適応について研究レビューを行った。 この記事では特にランナーに焦点を当てた。 膝蓋大腿部痛は、若くて活動的な人によく見られるにもかかわらず、全員がランナーというわけではない。 今週の研究レビューでは、膝蓋大腿関節への負荷を段階的に増減させるプログレッションについて取り上げる。 臨床医として膝蓋大腿部痛の患者を効果的にリハビリのプロセスに導くためには、どこから始め、どのように進めていくかを知ることが特に重要である。 著者らがこの研究を行った理由は、システマティックレビューによると、最近のリハビリテーションプログラムは単純すぎる可能性があるからである。 ディスキアビら (2021). リハビリの際には、低すぎる負荷と高すぎる負荷のバランスを適切に考慮し、どこから始め、いつ負荷を減らすべきかを知る必要がある。 どうすれば効果的なのだろうか？ 続きを読む

方法

膝蓋大腿関節の負荷進行の研究のために、この研究では、過去6ヶ月間、下肢の怪我や脊椎の問題が見られなかった18歳から40歳までの健康な成人を募集した。 膝前面の痛みはなく、膝蓋大腿関節損傷の既往歴もなかった。

これらの参加者には標準的な運動着とランニングシューズが与えられ、骨盤、胴体上部、脚部の解剖学的ランドマークに31個のマーカーがセットされた。 彼らは日常生活や理学療法のリハビリでよく使われる35の体重負荷運動を行った。

次に膝関節の屈曲角度と伸展モーメントを計算し、膝蓋大腿関節にかかる負荷を定義した。 推定された膝蓋大腿関節力は、参加者の体重で正規化された。 膝蓋大腿関節にかかる負荷を定量化するために、3つの異なる負荷変数を測定した：

• 負荷ピーク：各反復中の最大力である。
• 荷重インパルス：力と時間の関係
• 負荷率：時間の経過に伴う力の最大変化

これら3つの変数の平均値を用いて負荷指数を算出した。負荷指数は0～1の間で変化し、0は負荷なし、1は負荷のピークとインパルスが最大となる運動を表す。

エクササイズは、膝蓋大腿関節の負荷を段階的に増加させることができるように、3段階にランク付けされた。

1. Tier 1は、負荷指数が0.333以下の運動である。
2. Tier2は、0.334～0.667の負荷指数を反映している：中程度の負荷
3. 第3段階は、負荷指数が0.667を超えるエクササイズで構成されている。

結果

下図は、負荷指数によるエクササイズの順位である。 膝蓋大腿関節への負荷が最も小さかったのは歩行時であった。 第1段階のエクササイズでは、膝蓋大腿関節のピーク負荷は体重の0.6倍から4.9倍であった。

第2層は最も多くのエクササイズで構成され、最も負荷の低いエクササイズは、両側反復横跳びを一定のスピードで行うものであった。 この運動は、ランニングの負荷のすぐ下だった。 第2層で最も膝蓋大腿骨への負荷が高かったのは、片側カウンタームーブメントホップであった。 この層の膝蓋大腿関節のピーク荷重は体重の4.3～7.1倍であった。

ティア3には3つの難易度の高い練習があった：

1. シングルレッグ・スクワット
2. 3秒スパニッシュ・スクワット
3. シングルレッグ・スクワット

第3段階のエクササイズは体重の4.5倍から8.2倍であった。

この数値は、荷重ピークの50％重量と荷重インパルスの50％重量に基づいて構成されている。 著者は補足資料として、エクササイズのランクを変えたり、負荷のピーク、インパルス、レートの重さを変えたりするためのエクセルシートを提供している。

下の表は、3つのティアのすべてのエクササイズにおけるピーク負荷、インパルス負荷、レート負荷を示している。

質問と感想

この研究は、膝蓋大腿関節の荷重を進行させるための体重負荷運動のみを研究したものであるため、特に興味深い。 膝蓋大腿部痛に対する運動負荷はしばしば不十分であるため、この研究は重要な扉を開くものである。

例えば、ジャンプはダブルレッグスクワットよりも大きなピークを生み出すが、後者は持続時間が長いため、より大きな負荷インパルスを特徴とする。 同様に、ラン・アンド・カット運動とブルガリアン・スクワットも同様の負荷指数であった。 この2つの運動の負荷指数は同じように高く、その差はやはり運動時間とピーク負荷にある。 したがって、エクササイズ中に鍛えたい刺激を考えることが重要だ。 ここで、著者が提供するエクセルのワークシートは、どのような刺激を強調したいかに応じて練習のランクを付け直すことができるので、特に役に立つ。

例えば、理学療法士は、関節軟骨の力学的特性（負荷に依存する）や、膝蓋大腿部痛の患者がランニングの再開を困難に感じることが多いという事実を考慮し、負荷率を主要なパラメータと考えるかもしれない。 その結果、臨床医は、負荷を徐々に増加させることを優先させるような別の順序でこれらのトレーニングをアレンジすることができる。 これは、ローディング・インデックスでエクササイズに重みを持たせることで可能になる。

レベル3の3つのエクササイズはすべてスクワットのバリエーションで、膝の屈曲を大きく必要とする。 また、時間がかかるため、膝蓋大腿関節への負担も大きくなる。 スクワットのバリエーションは、ジャンプ練習の前に行われることが多い。 ジャンプやランニングは膝（および膝蓋大腿関節）に大きな負担をかけるという一般的な考え方に反して、この研究では、スクワットでは力がかかる時間が長いため、関節にかかる負担はジャンプやランニングよりもはるかに大きいことが示されている。

図を整理して、運動の負荷率（時間の経過に伴う力の瞬間的な最大変化）にアクセントを置き（50％）、ピーク（30％）、負荷インパルス（20％）を少なくすると、運動の順序が変わった。 例えば、Tier2訓練に分類されていたラン・アンド・カット訓練がTier3訓練になった。 その理由は、膝蓋大腿関節の荷重指標の再配列にある。 ラン・アンド・カットは、速くダイナミックなエクササイズであり、3秒間のスパニッシュ・スクワットよりも、時間をかけた負荷（負荷インパルス）を必要としない。 負荷のピークとインパルスにあまり重きを置かず、負荷率に重きを置くと、長時間のエクササイズは、より多くの負荷率を生み出すエクササイズとなり、その結果、第3段階のエクササイズにランクが変更される。

オタクな話をしよう

運動は4つのモジュールに分けられ、体力の消耗や最適な運動の実施を最小限に抑えた。 各エクササイズの説明は、出版社のサイトの付録A1で見ることができる。 各エクササイズの間に3～5分の休息をはさみ、さまざまなレベルの強度で7～10回の試行を記録した。 参加者が疲弊していないことを目視で確認した。 さらに、異なる体重の人とエクササイズを比較できるように、負荷は体重で正規化した。 これらはすべて優れた方法論である。

以下のような制限がある：

• 練習は同じ順番で行われた。 これが学習効果をもたらしたのかもしれない。
• 膝の屈曲と伸展だけに限定したモデルが構築されたが、これはもちろん単純すぎる。 したがって、この研究では、運動の前額面（外転と内転）と横断面（内旋と外旋）で何が起こっているのかを仮定することはできない。
• 分析では右側の脚が選ばれ、脚の好みは問われなかった。 左側が利き足なら、左足を測定した方が良いパフォーマンスができるのは想像がつく。
• 膝屈筋はモデルで考慮されていないため、膝の共働作用による潜在的な影響は無視されている。 大腿四頭筋の筋力は、筋の共働作用を無視すると、体重の1.5倍まで過小評価される可能性がある。

パワーズほか (2014)は、オープンチェーン・レッグエクステンションの膝蓋大腿関節負荷応力のピークは、本研究でTier1エクササイズに分類された60°ダブルレッグスクワットと同等であると報告している。 この研究の著者は、膝関節をより屈曲させた開脚伸展運動を行った場合、膝蓋大腿関節のピーク負荷は、歩行中に関節にかかる負荷よりもさらに小さくなることを強調している。 このことは、しばしば非難される膝関節伸展運動（膝関節開放運動）の安全性を改めて裏付けるものである。 それについてもっと知りたい場合は、カイのブログをぜひチェックしてほしい！

特筆すべき重要な点は、この研究が実施された健康な集団である。 したがって、これらの膝蓋大腿関節荷重は、膝蓋大腿部痛を持つ人を直接代表するものではないかもしれない。 しかし、膝に痛みのない健康な被験者を対象とすることで、痛みがエクササイズのパフォーマンスに及ぼす可能性のある影響が取り除かれ、エクササイズの順位は痛みとは無関係に膝関節で起こっていることを代表している可能性があると考えられる。

持ち帰りメッセージ

この研究では、膝蓋大腿関節負荷の進行に対する相対的な貢献度についてランク付けされた35のエクササイズを提供している。 例えば、患者がランニングに困難を感じている場合、膝蓋大腿関節への負荷が少ないエクササイズを一時的に選ぶなど、この情報を使ってリハビリを適応させることができる。 エクササイズは、その人のリハビリに割り当てたい相対的な重みに応じてランク付けすることができる。 負荷のピークを作らず、時間をかけて負荷を増やしたい人もいれば（たとえば、リハビリの初期段階での活性化）、エクササイズ中に負荷のピークを作りたい人もいる（たとえば、リハビリの後期段階やスポーツへの復帰段階）。 オンラインのエクセル・ワークシートを使えば、自分のリハビリの好みに合わせてエクササイズを並べ替えることができる。 そのため、この研究は膝蓋大腿関節の負荷プログレッションを、最善の推測ではなく、エビデンスに基づいて行うために利用することができる！

参考

Song K, Scattone Silva R, Hullfish TJ, Silbernagel KG, Baxter JR. 膝蓋大腿関節の負荷は、35の体重負荷リハビリテーション運動と日常生活動作にわたって進行する。 Am J Sports Med. 2023 Jul;51(8):2110-2119： 10.1177/03635465231175160. Epub 2023 Jun 5. PMIDだ： 37272685; pmcid： PMC10315869である。