腱組織は弾性体であるため、筋の収縮張力により伸張されることが考えられる(Griffiths 1991)。このことは関節を固定した状態(MTCの長さを一定)でも、筋の張力発揮(いわゆる等尺性筋力発揮)が、腱組織を伸張させることを示唆する。そこで、「等尺性」の膝伸展及び足底屈動作(関節を固定)で、安静から最大随意収縮(MVC)までランプ状に力発揮を行った時の腱組織の伸張量を超音波画像から実測した。その結果、腱組織の張力-伸張量関係は先行研究で報告されている動物やヒト屍体から得られた結果(e.g.Woo et al.1981)と同様に、低い張力レベルでは伸張量が大きく、ある一定の張力レベル(50%MVC)以上では両者の間には直線関係がみられた。本研究では、50〜100%MVCの範囲内における両者の回帰直線の勾配を各個人のステイッフネス(N/mm)として算出した。さらに、張力上昇中及び下降中の張力-伸張量曲線よりヒステリシス(%)を計算した。

　その結果、膝伸展及び足底屈動作のいずれにおいてもステイッフネス及びヒステリシスはともに摘出腱で報告されてきた先行研究の値の範囲内にあった(e.g.Ker 1981)。また、測定されるステイッフネスやヒステリシスは筋張力変化速度に影響されないことが確認された。しかし、腱の横断面積及び長さから推定されたストレス-ストレイン関係から算出されたヤング率は膝伸筋群及び足底屈筋群ともに250〜280MPaとなり、摘出腱を用いた先行研究で報告されている値(600〜1500MPa)に比して低い傾向が認められた。その原因として腱膜(aponeurosis)の影響が考えられた。

　ヒト生体における腱組織の弾性特性は、継続的なトレーニングや発育により影響されることが考えられる。そこで、(1)運動前後の比較(2)陸上競技短距離選手と長距離選手の比較(3)トレーニング前後の比較(4)ベッドレスト前後の比較(5)成長期児童と成人との比較、以上の5実験を行った。

　歩・走・跳などの身体運動の成績は、腱組織の粘弾性特性の影響を受けることが考えられる。そこで、各種身体運動中の腱組織の動態を明かにするために以下の3実験を行った。

　様々な運動強度及び持続時間を組み合わせた等尺性膝伸展運動を反復したときの外側広筋(VL)の腱組織の弾性特性(ステイッフネス)に及ぼす影響を調べた。運動は(1)100%MVC1秒収縮×150回、(2)100%MVC3秒収縮×50回、(3)50%MVC6秒収縮×50回の3条件であった。その結果、100%MVC3秒収縮×50回条件及び50%HVC6秒収縮×50回条件では運動後にステイッフネスが低下する傾向がみられた。しかし、100%MVC1秒収縮×150回では運動の前後で変化がみられなかった。従って、運動持続時間の長い条件の方が、短時間(1秒)の筋収縮によるものよりも腱組織への影響が大きいことが窺えた。

　VL腱組織の弾性特性は、スプリントトレーニングや持久走トレーニングにより変化することが予想される。そこで、陸上短距離選手、長距離選手及び一般成人のVL腱組織の弾性特性を比較した。その結果、高強度トレーニングを実施している短距離選手の腱組織の最大伸張量(41.3±2.6mm)は一般成人(33.3±4.2mm)よりも有意に大きかった。逆に、持久的な走トレーニングを実施している長距離選手の腱組織のステイッフネス(66.2±10.8N/mm)は一般成人(56.0±12.9N/mm)よりも有意に高い値を示した。これらの結果は、動物実験による先行研究の結果を支持するものであった。例えば、Tipton et al(1975)は持久走トレーニングを実施したラットの腱組織のステイッフネスは増加したが、スプリントトレーニングを実施した群では変化がみられなかったことを示している。同様に、中川ら(1988)は持久走トレーニングを実施したラットの腱コラーゲン線維は肥大したものの、ジャンプトレーニングを実施した群では変化が認められなかったことを報告している。従って、これらの結果は、腱組織のステイッフネスがトレーニングにより変化し、その適応がトレーニング様式により異なることを示唆するものである。

　一定期間のトレーニングが腱組織の弾性特性に及ぼす影響を明かにするためにトレーニング実験を実施した。力発揮レベルを同一(70%MVC)にして、1回の収縮時間が1秒×150回(トレーニングII)と20秒×4回(トレーニングI)の2条件のトレーニングを行った。トレーニングは等尺性の膝伸展運動であり、週4回、12週間実施した。その結果、筋体積及びMVCは両群ともに有意に増加する傾向を示したが、の増加率に両トレーニング間で有意な差は認められなかった。一方、VL腱組織のステイッフネスは、トレーニングIIでは有意な増加(67.5→106.2N/mm;58%)を示したが、トレーニングIでは増加傾向はみられたが(67.3→79.1N/mm;18%)、統計的に有意ではなかった。このことは実験1でみられたように、一過的に筋収縮を繰り返した場合に1回の運動持続時間の長い方が腱組織への影響が大きい結果と一致するものである。逆に、1秒収縮といった短時間の筋収縮では腱組織に及ぼす影響は小さいことが示唆された。

　身体不活動を継続した場合に腱組織の弾性特性が変化することが考えられる。そこで、20日間のベッドレスト前後にVL腱組織のステイッフネスを調べることにより、身体不活動が腱組織の弾性特性に及ぼす影響を検討した。その結果、ベッドレストにより膝伸筋群のMVC及び筋体積はそれぞれ15%及び8%の有意な低下を示した。一方、腱組織の張力-伸張量関係からみると、ベッドレストにより、同じ張力発揮時における腱組織の伸張量が大きくなる傾向を示した。腱組織のステイッフネスは、ベッドレストにより52.6N/mmから35.5N/mmまで有意な低下を示した。また、このような身体不活動にともなうステイッフネスの低下は、関節運動における力発揮速度を低下させ、Electromechanical delayを延長させていることが示唆された。

　小学生(11.0±0.8歳)、中学生(14.0±0.8歳)及び成人(24.6±3.8歳)についてVL腱組織の弾性特性を比較した。ステイッフネスは、小学生(24.8±4.5N/mm)が最も低く、次いで中学生(34.8±7.1N/mm)、さらに成人(56.0±12.9N/mm)であり、各群間に有意な差が認められた。一方「ストレス(腱張力/筋横断面積)?ストレイン(腱伸張量/腱長)」関係から、0.35MPa以上の力発揮レベルにおけるストレインをみると、小学生が他の2群に比して有意に高い値を示した。一方、中学生と成人の間には差がみられなかった。これらの結果より、成長期児童におけるVL腱組織はコンプライアントであることが示された。

　身体運動中に関節は屈曲・伸展を繰り返す。このとき、関節の動きと筋線維長変化とは必ずしも一致しないことが考えられる。そこで、直立姿勢で背屈-底屈運動を2種類の異なる速度(低速運動;0.3Hz,高速運動;1.0Hz)で実施し、そのときの腓腹筋内側頭(MG)の筋線維長を実測した。低速運動では、関節角度変化と筋線維長変化は同期して変化する傾向がみられた。しかし、高速運動では、背屈から底屈に動作がきりかわった直後に筋線維長はほぼ一定の値を示し(等尺性収縮、この間に腱組織の急激な短縮が観察された。すなわち、背屈から底屈に動作がきりかわった直後、腱組織の急激な短縮により筋線維の短縮速度を低くし、「張力-速度」関係におおいて筋線維の張力発揮を効率的なものにしていることが示唆された。

　歩行中に下腿三頭筋は伸張と短縮を繰り返す。トレッドミル上を歩行中(3km/h)、接地期前半に身体重心は減速し、接地期後半には加速がみられた。加速期にMGの筋放電量の増加がみられたが、この時にMGの筋線維長はほぼ一定の値を示し、MGの等尺性収縮が観察された。一方、この間に腱組織の伸張がみられた。離地にかけては急激な腱組織及び筋線維の短縮がみられた。筋収縮の機械的パワーを算出した結果、歩行中におけるMG筋線維の発揮パワーはほぼ0であり、一方、腱組織は伸張パワーの直後に短縮パワーを示した。すなわち、MG筋線維はほぼ等尺性収縮張力により歩行動作を遂行していることが明らかになった。

　垂直跳動作における反動動作の効果は、腱組織の弾性特性により影響されることが考えられる。そこで本実験3では、VL腱組織のステイッフネスと跳躍高との関係をみた。その結果、反動を伴わないジャンプ(SJ)及び反動を伴うジャンプ(CMJ)の跳躍高とステイッフネスとの間には有意な相関関係がみられなかった。しかし、(CMJ.SJ)/SJ比とステイッフネスとの間には統計的に有意な相関関係がみられ(r＝-0.46,p<0.05)、反動動作の効果が大きい人はステイッフネスが低い傾向がみられた。

　以上の結果から、ヒト生体における伸張-短縮サイクル運動において、腱組織の粘弾性特性によりMTC動態が合理的になされていることが明らかになった。