ヒトにおける労作骨格筋損傷の誘導および評価

この手順の全体的な目的は、随意的なエキセントリック収縮を用いて、ヒト被験者の大腿四頭筋に安全に運動誘発性骨格筋損傷を誘導し、それを定量化することです。この筋損傷プロトコルは、損傷後の筋肉の適応および再生メカニズムに関する重要な疑問に答えるための研究に役立ちます。この手法の主な利点は、ヒト被験者で筋肉の適応プロセスを研究できるため、結果を他種から翻訳（外挿）する必要がないことです。

この方法は、運動に伴う筋損傷の研究に使用できるだけでなく、明らかな外傷によって引き起こされる損傷の研究にも適用可能です。本手順のデモンストレーションを行うのは、私の研究室の博士課程学生であるJake Sorensenです。等速性筋力測定プロトコルを作成するために、まずコンピュータ上のダイナモメータ制御ソフトウェアを開きます。

ドロップダウンリストから新しいプロトコルを選択し、次に「unilateral」タブで、「number sets」フィールドに1を、 「end by reps」行に3を、そして「speed away」と「speed toward」の両方の行に60と入力し、遠心性および求心性収縮の両方について、速度60 degrees per secondで3回の反復を1セットに設定します。次に、「unilateral」タブの「positions」フィールドに1を、「position one」列の「end by reps」行に3を入力し、関節角度70 degreesでそれぞれ5秒間持続する等尺性収縮を3回、1セット行う等尺性筋力テストを作成します。その後、「angle」と表記された行で70を選択します。

次に、「unilateral」タブをクリックし、「number of sets」フィールドに10と入力して、筋損傷を伴うエキセントリック運動プロトコルをプログラムします。最初の列の「end by reps」と表記された行に10と入力してください。次に、「speed away」と表記された行に180を、「speed toward」と表記された行に120と入力します。

最後に、「torque」と記載された行に、被験者の想定される筋力に応じて200から600の数値を入力し、「rest time in seconds」と記載されたフィールドに60を入力します。まず、ページに100 mmの線を水平に引いて、視覚アナログ尺度を作成します。線の左端に「痛みなし」、右端に「極度の痛み」と記載してください。

次に、被験者を測定室へ案内し、ベースラインの筋肉痛測定を行うため、自重スクワットを2回行うよう指示します。両腕を肩の前でまっすぐ伸ばし、足を肩幅に開いた状態でスクワットを行い、太ももが床と平行になったところで適切な深さに達したとします。その後、被験者に、スクワット中に大腿四頭筋で感じた筋肉痛の強さを、ビジュアルアナログスケールの適切な位置に垂直線を引くことで示すよう依頼します。

最後に、視覚的アナログスケールの「痛みなし」の端から被験者の印までの距離をミリメートルで測定し、被験者の痛みの程度を定量化します。サイクルエルゴメーターで軽くウォーミングアップを行った後、被験者にダイナモメーターの椅子に座るよう指示してください。膝の回転軸がレバーアームの回転軸と一致するようにダイナモメーターの位置設定を調整し、脚をシャフトアームに固定します。

将来的に再現可能なセットアップを行うため、これらの設定を記録しておきます。肩、腰、足首、および太もものストラップで被験者を固定します。次に、レバーアームが固定された状態で、それに抗して筋収縮を行うことを被験者に伝えます。

コンピュータ画面の指示に従い、被験者に5秒間の等尺性収縮を3回行うよう指示してください。コンピュータ上で等尺性プロトコルを開始します。ROM制限を設定し、ダイナモメーターを校正し、被験者がテストに慣れるよう、最大下での練習を2〜3回行わせてください。

被験者の準備が整ったら、胸の前で腕を交差させるよう指示します。テストを開始し、各収縮において最大限の力を出すよう口頭で促してください。トルク、パワー、および仕事量のベースライン値を記録します。

被験者に2～3分間の休息を与えた後、コンピュータに等速性筋力測定プロトコルをロードします。レバーアームが一定の速度で動作し、それに対して伸展および屈曲収縮を3回ずつ行うことを被験者に伝えます。レバーアームは可動域の終端に達すると停止すること、および各収縮において可動域全体を通じてできるだけ強く収縮させることが目的であることを説明してください。

被験者を慣れさせるために、最大下での練習テストを数回行った後、被験者に腕を胸の前で交差するように指示し、テストを開始します。被験者には、最大限の努力をすることと、通常通りに呼吸することを口頭で促してください。トルク、パワー、および仕事量のベースライン測定値を記録します。

等尺性および等速性基線測定の収集から1〜3日後、被験者を研究室に呼び出し、筋損傷を誘発するエキセントリック運動プロトコルを実施します。ウォーミングアップの後、以前に記録した調整設定を用いてダイナモメーターに被験者を配置し、固定して、運動プロトコルをロードします。各収縮において、レバーアームに対して力を加え、シャフトアームを動作させるよう被験者に指示してください。

次に、シャフトアームが一定の速度で被験者に向かって移動するため、それに抗してできる限り強く収縮させることが目的であることを説明します。被験者の準備が整ったら、画面上のスタートボタンを押して1セット目の収縮を開始し、被験者がエキセントリック収縮を行う際、各収縮において最大努力を維持するよう口頭で促してください。最後に、筋損傷誘発運動の直後、およびその後24、48、72、96時間後に、等速性および等尺性筋力テストの両方を繰り返し実施します。

さらに、運動テスト後24、48、72、および96時間後に、筋肉痛の測定を繰り返します。トレーニングを受けていない7人の若い男性の結果では、運動前と比較して、等尺性および等速性筋力はそれぞれ運動後24時間および48時間まで低下し、その後は運動前の値と同程度まで回復したことが示されています。対照的に、筋肉痛は運動後24、48、および72時間で有意に増加しました。

この手技を習得すれば、適切に実施することで安全かつ確実に行うことができます。各被験者の身体的な制限を考慮し、それに応じてパラメータを調整することが重要である点に注意してください。関節角度のパラメータは、可動域が制限されている個人の場合はプロトコルの値を下げ、目標筋力は、筋力が弱い個人の場合は値を下げる必要があります。

本手順に続き、損傷に対する細胞および分子レベルの反応に関するさらなる疑問を解消するために、血液や筋肉のサンプリングなどの他の手法を実施することが可能です。このビデオを視聴することで、ヒト被験者において、安全かつ倫理的に運動性筋損傷を誘発し、それを定量化する方法について十分に理解できるはずです。最後に、本プロトコルには横紋筋融解症を引き起こすわずかな可能性があることに留意してください。

フォローアップ訪問時には、濃褐色尿、吐き気、激しい筋力低下などの横紋筋融解症の徴候および症状について、被験者のスクリーニングを行う必要があります。