20240224　： 片脚着地・膝外反モーメント・足関節戦略・性差

女性の非接触型前十字靱帯（ACL）損傷は、スポーツ活動中に男性よりも高い割合で発生します。ACL損傷率の差の根底にある考えられるメカニズムの1つは、過度の膝外反負荷（角度とモーメント）および/または筋肉の不均衡などの生体力学または神経筋要因です。特に、女性は男性よりも膝の外反荷重に関連する前十字靭帯損傷を多く経験しています。膝の外反負荷は、足首、膝、股関節の動きやモーメントによって発生する可能性がありますが、ACL損傷に関連した研究のほとんどは膝と股関節のみに焦点を当てており、足関節にはあまり注目されていません。

足関節の前額面の動きは、膝の前額面の動きと連動している。観察研究では、股関節の内転を伴う足関節の外反が動的膝外反を引き起こすことが示唆されています。着地時には、足関節の底屈筋が着地の衝撃を吸収します。腓腹筋とヒラメ筋は主に足関節の底屈を生じさせ、後脛骨筋は足間接の内反を生じさせながら足関節の底屈をサポートします。したがって、底屈は通常、内反と連動します。さらに、Vieira らは、静的位置での足底屈筋 (内側腓腹筋) の収縮が、底屈モーメントとともに足関節内反モーメントを及ぼすことを報告し、足関節底屈モーメントと足関節内反モーメントの間に正の線形関係があることを示唆しています。この足関節の底屈と内反の組み合わせは、着地時の足関節の生体力学の矢状面の変化が膝関節の前面に影響を与える可能性があることを示唆しています。この仮説は、以前の研究の結果によって合理的に裏付けられました。最近、Lee と Shin は、矢状面における最初の接触足関節角度が男性被験者の最大膝外反モーメントを軽減できることを報告しました。したがって、矢状面での足関節の制御は、男性のみの着地時の膝外反荷重の違いを引き起こす要因の 1 つである可能性があります。しかし、私たちの知る限り、女性における矢状面での足関節の制御と膝の外反モーメントとの関係、およびその関係に性差が存在するかどうかに関する研究はありません。

足関節の着地戦略における性差に関して、いくつかの研究で相反する結果が報告されている。デッカーらは、女性は最初の接触時に足関節のより多くの底屈を行うことで着地の衝撃を分散し、それによってより大きな足関節の可動域（ROM）を獲得すると示唆しました。ケルノゼクらは、初期接触時の足関節底屈角度に性差はなかったが、女性の方が足関節最大背屈角度がより大きいため、足関節ROMがより大きいことを報告しました。対照的に、Ali らは、男性は主に底屈位で着地し、女性は比較的背屈位で着地することを示した。男性と女性の間で足首の着地戦略に違いがあるかどうかについては議論の余地がありますが、矢状面での足関節の着地戦略が衝撃の減衰に影響を与える可能性があることが一般に示唆されています。リーら は、関節の負の仕事として測定される足関節および下肢関節全体の吸収が、初期接触時の足関節底屈角度と正の相関があると報告しました。足関節の着地戦略では、初期接地時の足関節の底屈角度の増加により足関節の ROM が大きくなり、衝撃がより大きく減衰し、着地時の底屈モーメントが増加します。初期接地時の足関節の底屈角度が増加するにつれて、下肢関節モーメントに対する足関節の寄与が増加し、ピーク着地力と負荷率が減少しました。

これらの研究の一般的なコンセンサスは、足首の ROM が大きい（最初の接地時の足首の底屈が大きいため）、または着地時の足首の底屈（屈筋）モーメントが大きいなど、足関節における衝撃の減衰が大きいことが、足関節を保護する可能性があることを示唆しています。 ACL。しかし、足首関節におけるこの大きな減衰が膝の外反荷重にどのような影響を与えるかは依然として不明であり、性別に応じて ACL 損傷を引き起こす可能性があります。したがって、本研究の目的は、片脚着地時の膝外反荷重に対する初期接触角、ROM、および底屈モーメントにおける足関節底屈の影響に性差があるかどうかを判断することでした。初期接地時の足関節底屈角度と膝関節のピーク外反モーメント、および足関節の底屈モーメントと膝のピーク外反モーメントとの関係は、男女間で異なるのではないかという仮説が立てられた。

性差

女性は、初期接地時および片脚着地時のROMにおいて、足関節底屈角度が有意に大きかった（それぞれ、p  < 0.001、d  = 1.08およびp  < 0.001、d  = 1.10、表1）。初期接触時の膝屈曲角度とROMには男女間に有意差はなかった。女性は男性に比べてピーク vGRF が著しく低く ( p  = 0.004、d  = 0.79、 表1 )、ピーク vGRF までの時間が遅かった ( p  = 0.033、d  = 0.63、 表1 )。足関節のピーク底屈（p  = 0.765、d  = 0.09）、内反モーメント（p  = 0.110、d  = 0.46）、膝伸展（p  = 0.521、d = 0.18）、および外反モーメントには、男女間に有意差はありませんでした。 ( p  = 0.483、d  = 0.20）。

足関節の底屈モーメントのピークと膝の外反モーメントのピークとの相関関係

男性のみが足首の底屈のピークと膝の外反モーメントとの間に有意な負の相関を示しました（r  = – 0.834、p  < 0.001）

ピーク足首底屈モーメントとピーク足首内反モーメントの相関関係

男性の足首底屈モーメントのピークは、足首内反モーメントのピークと有意な正の相関が認められました（r  = 0.752、p  < 0.001）

男性被験者に関しては、ピーク vGRF およびピーク膝外反モーメントは、初期接地時足関節底屈角度および ROM と負の相関があることが判明しました。この結果は、男性の場合、着地の衝撃を効果的に吸収し、膝の外反荷重を軽減するには、初期接地時および/またはROM時に大きな足関節底屈角度を使用することが重要であることを示唆しています。我々の結果は、初期接地時またはROM時に大きな足関節底屈角度で着地すると着地の衝撃が軽減されるという以前の発見と一致している。さらに、着地中のＧＲＦは、下肢関節における前額面荷重を誘発する可能性がある。さらに、ヒューエットらは、女性のピーク膝外反モーメントは、着地時の膝、股関節、足関節の屈曲および伸展モーメントおよび外反モーメントと比較して、ピーク着地力とより正の相関があることを報告しました。この研究では、女性は男性よりも初期接触時の底屈角度とROMが大きいことを示しましたが、ピークvGRFとの有意な相関はありませんでした。これは、初期接地時またはROM時に足関節の底屈角度を大きくして着地することが、着地力の減衰を通じて女性よりも男性の膝の外反荷重を軽減する上でより重要な役割を果たした可能性があることを示唆している可能性がある。男性のみが有意な関係を示した理由は、この研究では決定できず、この関係における性差のメカニズムについてはさらなる研究が必要である。
私たちの結果は、男性では足関節の底屈モーメントが大きいほど、足関節の内反モーメントが大きく、膝の外反モーメントが小さいことと関連しているが、女性ではそうではないことを示しています。これらの結果から、女性は膝の外反に対抗するのに十分な足関節の内反モーメントと底屈モーメントを組み合わせることができないのではないかと推測されるかもしれません。足関節の底屈筋（腓腹筋、ヒラメ筋、後脛骨筋）は、背屈筋（前脛骨筋）よりも着地時に支配的に作用し、以前の研究では、下腿三頭筋の力が座位で足関節の内反モーメントを生み出すことが示唆されています。さらに、後脛骨筋および前脛骨筋は、足の拮抗筋として機能する。したがって、底屈および背屈に関連する足関節の筋肉は、着地時に足関節の内反を伴う可能性があります。着地時の足関節前額面モーメントに関しては、Thompson et al. は、両足着地時の足関節前額面モーメントと膝前額面モーメントとの間に関連がある可能性を示唆した。トンプソンらはACL損傷予防プログラムに参加した介入グループは、両脚着地時のピーク足関節外反瞬間とピーク膝外反瞬間の増加を示したと報告した。非接触型 ACL 損傷が発生した場合、動的膝関節外反で足関節の過度の外転が観察されています。ジョセフらは、足関節の外転を制限すると膝の外反運動が軽減されることを示唆しました。足関節の最大内反モーメントには男女間で有意差はありませんでしたが、この研究では男性のみが足関節の底屈ピークと内反モーメントとの間に有意な相関を示しました。この結果は、膝の外反荷重に関連するACL損傷リスクの性差が、足関節の底屈と内反モーメントの結合の違いによって部分的に説明できる可能性を示唆しています。
また、男性のみに存在する足関節底屈モーメントと内反モーメントとの間に正の関係があることは、片足着地時の体全体の動的バランスに性差があることを示唆している可能性がある。足関節底屈筋は、片足で立っているときの姿勢の安定性を制御する上で重要な役割を果たします。ビエイラらは、足関節の内反モーメントのピークが、座位における足首の底屈モーメントのピークの約１３％に達すると報告し、足関節の底屈と内反モーメントとの間のこれらの関係が、身体全体の中外側バランスに役割を果たしていることが示唆された。他の下腿の筋肉とともに足関節の筋肉 (腓腹筋) を活性化すると、片足立ちの際に身体が安定します。片足着地は両足着地よりも身体全体の重心が移動するため、体のバランスを失いやすい。したがって、筋腱ユニットによる着地衝撃を吸収する必要があるのは、個々の着地脚だけである。ビデオ分析研究では、片足着地時の体のバランスの喪失がACL損傷の発生率で頻繁に観察されることが実証されました。この研究では、片足着地時の男性の足関節内反モーメントのピークは、足関節底屈モーメントのピークの約 21% に相当しました。総合すると、内反モーメントと足関節の底屈モーメントが大きくなると、男性の片足着地時のバランスが改善され、ACL損傷のリスクが軽減される可能性があります。
結論として、片脚着地時の膝外反モーメントに及ぼす初期接地時足関節底屈角度、ROM、足関節底屈モーメントの影響は性差があった。男性のみが、ピーク膝外反モーメントが、ピーク足関節底屈モーメント、初期接触時の足関節底屈角度、およびROMと負の相関があることを実証した。さらに、男性のみにおいて、足関節の底屈モーメントのピークは足関節の内反モーメントのピークと正の相関があった。これらの発見は、片脚着地時に矢状面での足関節着地戦略を変更すると、男性のみで ACL 損傷の危険因子の 1 つである膝外反モーメントを軽減できる可能性があることを示唆しています。今回の研究は、膝の外反モーメントに関連するACL損傷における性差現象の根底にある理由の1つを説明するのに役立つ可能性がある。