PFPのためのランニング・アダプテーション

はじめに

膝蓋大腿部痛（PFP）は、ランナーの日常生活やトレーニングを制限する一般的な症状である。ランナーのPFP発症には、内発的要因と外発的要因が関係している。内因的要因（膝蓋骨のトラッキングやアライメント異常）は必ずしも修正可能ではないため、ランナーにおけるPFP発症の外因的要因に注目が集まっている。彼らのシステマティックレビューとメタアナリシスでは、次のように述べられている、アランマリら (2023)は、PFPを緩和し機能を改善するために股関節の強化を追加するエビデンスを発見した。しかし、人によっては、特にランナーにおいては、過度の関節ストレスが発症の原因となることもある。従って、ランニング活動における高負荷負荷を軽減する戦略は、PFPにプラスの影響を与える可能性がある。ケイデンスを上げ、ステップ幅を小さくすることは、非常に簡単に修正できる要素であり、この横断的研究の著者たちは、PFPにおけるこれらのランニング適応の影響を探りたかったのである。

方法

この横断研究では、PFPに悩む男性ランナーを対象とした。彼らは18歳から45歳で、毎週15km以上走っていた。 PFPと診断されたのは、非外傷性発症の膝蓋周囲痛が6週間以上続き、ランニング中またはランニング後の痛みの強さがVASスケールで3/10以上であった場合である。さらに、以下の活動のうち少なくとも3つで膝の痛みを訴える必要があった：

階段の上り下り
土下座
しゃがむ
膝の伸展に抵抗する
長時間座っている

足の打撃パターンとランニングケイデンスが膝関節に及ぼす影響を調べるため、膝関節の角度とモーメントを測定し、その結果生じる膝蓋大腿骨荷重を算出した。反射マーカーは、上腸骨棘、仙骨、大転子、内側および外側の大腿骨上顆、内側および外側の踝、第1および第5中足骨頭、母趾と踵の端に取り付けた。

次に参加者は、ケイデンスと足の打撃パターンを調整して6つの条件を作り、6回のランニングトライアルを行った：

好みのケイデンスで、後足で走る。
フォアフットストライクで好みのケイデンスで走る。
好みのケイデンスの-10％で、後足で走る。
フォアフットストライクで好みのケイデンスの-10％で走る。
好みのケイデンスの+10%で、後足で走る。
フォアフットストライクで好みのケイデンスの+10%で走る。

結果

PFPを持つ20人の男性ランナーが研究に参加し、ランニングテストを行った。平均年齢は22.5歳で、症状の持続期間はほぼ12週間であった。彼らの好みの足部打撃パターンは後ろ足打撃で、1分間に169歩のケイデンスで走った。

平均速度は2.71m/s、平均歩幅は1.01mであった。

ピーク関節角度

著者らは、膝関節の3次元ピーク角度の間に交互作用効果は認めなかったが、膝関節の屈曲ピーク角度と内旋ピーク角度に有意差を認めた。好みのケイデンスと比較した場合、ランニングケイデンスが高いほど膝関節屈曲角度は低くなった。

後足と前足の両方でケイデンスを上げると、低いケイデンスで走るよりも内旋角が高くなった。

フォアフットストライクは、すべてのケイデンス条件において膝の屈曲角を減少させる。フォアフットストライクでは内転が多く、リアフットストライクでは膝の外転が多かった。

PFPに適応したランニング — からだ： Weiら、Phys Ther Sport. (2023)

ピーク関節モーメント

ケイデンスを上げると、低いケイデンスに比べて、前足と後足の両方の打撃パターンにおいて、膝関節伸展モーメントのピーク値が低くなった。

ケイデンスを上げると、低いケイデンスに比べて内旋モーメントも小さくなる。

フォアフットストライクでのランニングは、リアフットストライクでのランニングに比べ、膝関節屈曲モーメントを増加させ、膝関節伸展モーメントと膝関節内転モーメントを減少させた。

膝蓋大腿関節の接触力と応力

ランニング中の膝蓋大腿骨接触力とストレスのピークは、ケイデンスが高いほど、足の打撃パターンにかかわらず、参加者が好みのランニング速度で走ったときよりも低かった。一方、前足部打撃パターンでは、すべてのケイデンスにおいて、後足部打撃と比較して、膝蓋大腿関節接触力のピーク値と膝蓋大腿骨応力が低くなった。

質問と感想

要約すると、ケイデンスを上げ、前足での打撃パターンを使用した場合、膝蓋大腿関節の接触力のピークは低くなることがわかった。つまり、膝蓋大腿部に痛みのあるランナーには、歩数を増やし、つま先から着地するようにアドバイスすればいいということになる。

膝蓋大腿関節を温存するために、すべての人のランニングテクニックを永久に変えるべきなのだろうか？もちろん、そんなことはない。しかし、この研究結果は、ランニングのバイオメカニクスと、ランニングテクニックの変更が膝蓋大腿関節に与える影響について興味深い洞察を与えている。バーク他（2021年）そしてディロンら (2023)は独自に、足の打撃パターンはランニング傷害と関連しないことを示した。そのため、これらのランニング適応は一次予防として処方されるべきではなく、むしろ負荷を一時的に変化させ、状態を管理する方法として役立つ。

膝伸展モーメントは、活動中に膝伸展筋が生み出すトルクを測定する生体力学的指標である。歩行推進、ジャンプ、体重を支える作業など、膝の伸展を必要とする動作において重要である。大腿四頭筋とレバーアームの合力を使って膝伸展モーメントを計算する。膝関節伸展モーメントは、様々な動作における膝蓋大腿関節のダイナミクスを特徴付ける研究において用いられてきた。膝伸展モーメントの変動は、膝関節の負荷、筋の活性化パターン、関節の安定性の変動とも関連している。膝伸展モーメントが増加すると、膝蓋大腿関節の力とストレスが増加する。一方、膝蓋大腿関節のストレスとピーク膝伸展モーメントを低下させることで、膝蓋大腿部に不快感を持つ人の痛みと機能を改善することができる（Andersonら、2022年）。さらに、膝伸展モーメントに寄与する大腿四頭筋の筋力は、膝蓋大腿運動学を変化させることが実証されており、膝蓋大腿部痛の治療における機能を示している（Zhangら、2021年）。

つまり、大腿四頭筋は低いケイデンスで走るよりも少ない力で動くはずであり、その結果、膝蓋大腿関節のストレスが減少する。
フォアフットストライクで走ると膝屈曲モーメントが増加した。膝の屈曲モーメントは、各ストライドの衝撃を吸収し、身体を前進させるため、ランニングにおいて非常に重要である。膝屈曲モーメントは、足が地面を打つときに膝を徐々に曲げるのを補助し、脚が衝撃によって発生する衝撃を吸収できるようにする。この屈曲動作によって、膝関節にかかる圧力が分散される。
膝内旋モーメントとは、膝関節で下腿を内旋させる力のことである。ケイデンスを上げて走ると、低いケイデンスに比べて内旋モーメントが小さくなる。
ケイデンスを10％上げると、膝蓋大腿関節のストレスが42％減少した。その理由は、立脚相では膝の屈曲と地面反力が減少するからであろう。これにより、大腿四頭筋の活性化が低下し、膝蓋骨が膝蓋骨溝と接触するストレスが少なくなる。

オタクな話をしよう

ランニングシューズは参加者間で統一された。靴の標準化は、個人を互いに比較し、履いている靴が収集するデータに与える影響を抑えるために必要である。一方、この研究では参加者間の解剖学的な違いは考慮されていない。例えば、膝関節が弯曲している人は、膝関節がニュートラルな人や弯曲している人とは異なるバイオメカニクスを示す。同様に、膝蓋骨の形状が変化することで、関節のピーク接触応力が変化する可能性がある。標準化されたシューズは、より均一な比較を可能にする良い選択肢だが、履き慣れないシューズで走れば、奇妙で不快に感じるだろうし、膝関節のランニング・バイオメカニクスも変化する可能性がある。

PFPに対するランニング適応は変更され、ケイデンスの増加と前足部打撃が有益であることが示されたが、この研究では膝蓋大腿関節の接触力と痛みの関係は調査されていない。そのため、PFPの削減について助言することはできない。この研究の結果は、PFPに対するランニング適応の結果について、バイオメカニクス的なレベルでの洞察を与えるに過ぎない。しかし、他の研究では、膝蓋大腿部へのストレスが軽減され、痛みが減少するという理論が支持されているようだ。

Brianiら(2022)は、女性がPFPを経験した場合、膝関節よりも股関節により多くの荷重を分散させる運動戦略を採用し、痛みを回避または管理するという仮説を立てた。このことは、ランニングの適応によって膝蓋大腿骨接触ストレスが減少すれば、痛みが減少する可能性が高いという仮説を支持している。

持ち帰りメッセージ

PFPに対するランニングの適応には、ケイデンスの増加や前足部打撃が含まれる。これらの適応を組み合わせることで、膝蓋大腿関節にかかる負荷を軽減させることができる。このような適応があれば、PFPを持つランナーも、この症状に苦しみながらも走り続けることができるだろう。 PFPは長年の疾患である可能性があるため、このような単純なランニングテクニックの変更により、痛みを抑える方法を見つけることで、人々が好んでいるスポーツを控えることを避けることができる。