<博士論文>
超音波法を用いた日本人成人における体肢筋群横断面積と筋力に関する研究

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指導教員等
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概要 本研究は、フィールド調査においても体肢の完全な横断面画像が撮影できるシステムを開発し、日本人成人男女における大腿部および上腕部の横断面画像の撮影と膝関節・肘関節の伸展・屈曲における等尺性最大筋力測定のフィールド調査を行い、加齢に伴う大腿部および上腕部筋群横断面積と筋力の変化について検討した。調査は平成8年8月から平成10年8月の間に、広島県、福岡県および宮崎県の3県のボランティア集団7団体を対象に...行い、実施場所はそれぞれの団体が居住する地域の集会所などであった。被検者の総数は男女508名で、年齢は20~69歳であった。得られた結果は以下の通りである。 Ⅰ.超音波体肢横断面画像撮影システムの開発 1)市販の超音波診断装置を用いて体肢の完全な横断面画像の撮影が可能な超音波体肢横断面画像撮影システムの開発を行った。 2)本研究で開発した超音波体肢横断面画像撮影システムによって、これまでCT法やMRI法などのように高価で、しかも特定の施設でしか得ることのできなかった生体の体肢横断面画像が、比較的安価で簡便に入手することが可能となった。 3)同一被検者の同じ部位を1日以上の間隔を置いて2度撮影し、皮下脂肪、筋および骨の各組織横断面積測定の再現性について検討を行ったところ、1回目と2回目の各組織における横断面積の相関係数は、皮下脂肪がr=0.966、筋がr=0.985、骨がr=0.957と非常に高く、1回目と2回目の計測値はほぼ一致した。 4)本システムとMRIで体肢の同じ部位を同一日に撮影し、各組織横断面積について検討したところ、本システムより得られた各組織横断面積は平均で約7%大きかったが、大腿部全横断面積に対する各組織横断面積の比率において、本システムとMRIの差は、皮下脂肪で0.97%、筋で1.00%、骨で0.08%と両者はほぼ一致していた。 5)本撮影装置は、軽量でコンパクトに作製されているため、可搬性があり、測定も短時間で行うことができるので、本研究のようにフィールドで展開されるような集団を対象とした調査的な研究には有効であり、また、より広範囲な集団における体肢横断面情報の収集が可能となり、今後、体肢組成のデータの蓄積とそれに基づく現代の日本人の基準値といった新たなデータベースの構築が期待される。 Ⅱ.日本人成人における大腿部筋群横断面積と筋力の年齢変化について 1)膝関節伸筋群横断面積は、男女とも60歳代で減少する傾向を示した。膝関節屈筋群横断面積は、男性は60歳代までは加齢による変化はほとんどみられなかったが、女性は20歳代が最も小さく、その他の年齢グループはほぼ同じだった。 2)膝関節最大伸展力において男性は、60歳代で低下がみられたが、女性は年齢による変化はみられなかった。また、膝関節最大屈曲力において男性は40歳代から緩やかに減少する傾向がみられた。 3)男性の大腿部伸筋群・屈筋群における筋単位横断面積当たりの筋力は40歳代頃から低下が始まることが示された。女性は伸筋群において20歳代、30歳代がやや小さく40歳代から60歳代までは変化しなかったが、屈筋群においては加齢とともに低下する傾向がみられた。 Ⅲ.日本人成人における上腕部筋群横断面積と筋力の年齢変化について 1)肘関節屈筋群および伸筋群横断面積において、女性は20歳代が40歳代、50歳代がより有意に小さかったが、男性は年齢グループ間に有意差ほみられなかった。 2)肘関節最大屈曲力では、男性において60歳代が30歳代より有意に小さく、女性においては20歳代が50歳代より有意に小さかった。肘関節最大伸展力は、女性では20歳代が50歳代より有意に小さかったが、男性ではどの年齢グループ間にも有意な差はみられなかった。 3)上腕部屈筋群における筋単位横断面積当たりの筋力は、男性では50歳代および60歳代が、30歳代より有意に小さかったが、女性では各年齢グループ間に有意な差はみられなかった。上腕部伸筋群における筋単位横断面積当たりの筋力は、男女とも年齢グループ間に有意な差はみられなかった。 4)60歳代までは男女とも肘関節屈筋群、肘関節伸筋群、膝関節伸筋群および膝関節屈筋群のすべての筋群が同じ程度の筋単位横断面積当たりの筋力を有する可能性が示された。 本研究の結果より、本邦の男性においてはすでに50歳代頃から筋の構造・機能の低下が始まる可能性が示されたが、女性は60歳代まで大きな変化は認められなかった。今後は、高齢者のみならず、高齢者予備軍である中年者(特に男性)にも筋機能低下防止のための運動処方を示すことが必要であり、そのことが将来にわたって高齢者の自立した日常生活獲得に貢献するものと考えている。 また、今日の本邦においては急激な高齢化のために中高年者の体力レベルの把握が特に重要視されてきたが、これからは10歳代、20歳代の若者の体力レベルにも十分な注意を払う必要があるものと思われる。
To reveal the age-related feature of extremities muscles size and strength in contemporary Japanese adults, the cross-sectional area (CSA) and maximum voluntary isometric strength of knee and elbow extensor and flexor muscles were measured. The subjects were 121 men and 174 women. Each subject was assigned to one to five age groups (3rd, 4th, 5th, 6th and '7th decade). 1. I constructed the conventional measuring system to visualize the complete cross-sectional image of human extremities using a hand-made water tank with commercial-base ultrasonographic device (3.5 MHz transducer) connected to PC for graphical processing. The water tank in which the shbjects can insert and fix their leg or arm, was specially designed to be able to turn and scan the ultrasound probe once around the targeted extremity every arbitrary angle (e. g., 30 degree) to get several fragmentary graphical images in one cross-sectional plane. Image processing was used to construct a whole cross-sectional image from the fragmentary images. To assess the system's validity, the cross-sectional images of a thigh by MRI and my developed systems were compared in 10 subjects. There was a high correlation between each body compositional area as determined by both systems. In order to assess the reproducibility of the cross-sectional image using this system, I measured the same plane of thigh in 21 subjects twice on the different days, and compared each body compositional area. There were no substantial difference or bias and the high reproducibility was confirmed. My developed ultrasonographic system, in many respects, is superior to other imaging devices, because it is portable, safe and inexpensive. 2. The relations between CSA and maximum voluntary isometric strength of kuee extensor and flexor muscles were examined. The site measured in the thigh was at 50% of the distance between the greater trochanter of the femur and articular cleft between the condyles of the femur and tibia for the thigh. Isometric voluntary strength was measured using a specially designed muscle strength measurement system (TEAC, Japan) with the seated subject's knee at 90° flexion. Knee extensor CSA, for both men and women in the 7th decade, was smaller compared to those in younger populations (vs. 3rd and 5th decade for men; 3rd and 4th decade for women). For men, both knee extensor and flexor strengths showed a significant decline at the 7th decade. In contrast, women did not show a change. The aging-associated reduction of muscle strength per unit of muscle CSA in the knee extensors was not recognized in men. However, the 3rd decade women had less extensor muscles strength per unit of CSA relative to older groups (vs. 5th and 7th decade). 3 . The relations between CSA and maximum voluntary isometric strength of elbow flexor and extensor muscles were examined with age. The scanning plane of cross-sectional image of the upper arm was set at 60% distal the humerus shaft. Isometric voluntary strength of the elbow flexors and extensors were evaluated at the wrist with the seated subject's fixed arm at 90° flexion, elbow at 90° flexion forearm half supinated. While there were no significant difference in elbow flexor and extensor CSA with age in men, the 5th and 6th decade women showed significantly larger than the 3rd decade. The isometric elbow flexor strength showed a significant decline with age from the 7th decade, whereas the isometric elbow extensor strength was no significant change with age in men. For women, both elbow flexor and extensor strengths for the 6th decade were larger than those for the 3rd decade. The aging-associated reduction of muscle strength per unit of muscle CSA in the elbow flexors started from the 6th decade in men. The muscle strength per unit of muscle CSA in the elbow extensors was no significant difference in each age group for both men and women. It was concluded that the size and strength of the extremities muscles begin to decrease simultaneously by approximately the 7th decade for men. In addition, the fact that contemporary Japanese young women have a relatively small value of muscle strength per unit of CSA in thigh extensors should be recognized for exercise-health programs
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目次 目次 第1章 はじめに 第2章 超音波体肢横断面画像撮影システムの開発 第3章 日本人成人における大腿部筋群横断面積と筋力の年齢変化について 第4章 日本人成人における上腕部筋群横断面積と筋力の年齢変化について 第5章 まとめ 参考文献 謝辞

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登録日 2013.07.09
更新日 2018.01.17