論文の公開元へ腸脛靭帯のストレインを増加させる因子の検討：腸脛靭帯炎の好発因子に着目して
概要
1-1-1 腸脛靭帯炎(Iliotibial band syndrome、ITBS)とは
近年、ランニングを行う人が増えている(1998年：6.9%；2018年：9.3%、笹川スポーツ財団「スポーツライフに関する調査報告書」から)1。その一方で、ランニングに関連する障害が発症するランナーも多い。膝のランニング障害は約42.1%で一番高い割合を占め、ITBSは膝のランニング障害の中で2番目に高い発生率を示している2。
ITBSという診断名は1975年Renneにより初めて報告された³。Renneは、軍隊のトレーニング中、海軍男性が歩行やランニング時、膝関節を30°〜40°屈曲する際に膝の外側部の疼痛を訴えて、大腿骨外側上顆(Lateral femoral epicondyle、LFE)の約3cm上の部分が局所的に硬くなっていることを報告した。
腸脛靱帯(iliotibial band、ITB)は腸骨稜、大殿筋、中殿筋、大腿筋膜張筋に起始し、脛骨のGerdy結節に停止するバンド状の結合組織である3。ITBは、骨盤から下腿まで繋がっているため、歩行周期の立脚期に生じる股関節の外転と膝関節の内旋に対して安定性を保つことに寄与している4。また、ITBの遠位部では線維の一部が外側膝蓋支帯となり、膝蓋骨の動きや安定化にも関与している5。
このITBに痛みが発生することがITBSであり、ランニングなど膝関節の軽度屈曲を伴う動作時に生じる膝の外側の疼痛を主症状とするオーバーニース障害である6。ITBSの発生率は下肢の傷害の1.6%から12%を占めている2,7,9。その症状は2〜6ヶ月持続することが多く、場合によっては2年が経っても疼痛が改善されないこともある10。
ITBSのスポーツ種目別発生率としては、中・長距離、ジョギング、サイクリングの順で高い7,11。また、ITBSの症状は、ランニングの時間や距離が増加することや12,13、下り坂を走る時6に悪化すると報告されている。
1-1-2 ITBS発生のメカニズム
従来、ITBSの発生メカニズムとして「摩擦説」が有力な説であった。ランニングやサイクリングなど、反復する膝関節の屈伸でLFEとITBとの間に摩擦が起こることでITB組織又はITBとLFEの間にある滑液包に炎症が生じた状態のことを、“Iliotibial band friction syndrome”と呼ぶようになった3,6,13,14。Orchard et al.13は、ランニング接地期に膝関節が30°屈曲する時点を’’Impingement zone”と呼び、このImpingementが起こる際に、大腿筋膜張筋に伸張性収縮が起き、ITBの張力が増加されることで、摩擦が強くなりITBSが発生しやすくなることを示唆した。
しかし、屍体解剖やMRI測定を利用した研究では、「摩擦説」を支持する結果は得られていない15,16,17。Fairclough et al.16は、膝関節の屈伸によってITBがLFEの前後へ繰り返し移動する繰動きは見られないこと一方で、膝関節が屈曲するとITBが大腿骨の方向に圧迫されることをMRI画像で確認した。また、彼ら18は、ITBとLFEの間には滑液包は存在せず、触感と圧力の機械受容器であるパチニ小体を含んでいる脂肪組織が存在していることを報告した。Falvey et al.19の研究では、ITBはLFEに固定されていることや、ITBとLFEの間の脂肪組織の存在が確認された。ITBSのMRI画像診断でも、ITB組織には異常は見られず、ITBの下に存在する脂肪組織に異常シグナルが見られたと報告されている14,15。また、ITBとLFEの間に生じる圧迫力が脂肪組織を炎症させ、ITBSの発生要因になると示唆されている16。このことから、近年ではITBSは摩擦ではなく、ITBとLFEの間にある脂肪組織が圧迫され、炎症反応が生じることで痛みが発生するという「圧迫説」が提唱されている16,18。
この「圧迫説」から、ランニング中のITBのストレインが増加することがITBSを発症させる要因と考えられている。ITBのストレインが増加することはITBが伸長され、ITBの張力が増加することを意味する。その結果、ITBとLFEの間の圧迫力が上昇し,ITBSが発生すると考えられている18,20,21。ランニング中のITBのストレインを検討した研究では、ITBSが発生した女性ランナーは受傷前のランニング着地時のITBのストレインが高いことや21、ITBSを有するランナーはランニング着地時にITBのストレインが健常ランナーより高値を示すことを報告している22。このように、ITBのストレイン増加とITBSの発生の関連性は示されているが、現在行われている研究の多くはシミュレーションによって力学的に算出したストレインを用いてITBの張力を推察した研究であり、生体のストレインを直接測定した研究は少ない。
近年、超音波診断装置が筋骨格系の硬度測定に使用されるようになってきた。Tateuchi et al.は、片脚立位時の骨盤や体幹の動きによるITBの硬度をShear-wave elastographyを用いて測定した23。その結果、立脚側の反対側の骨盤を下制したり、体幹が傾いた際にITBの硬度が最も高くなり、股関節内転角度も有意に大きかったことを報告した。しかし、ITBSの好発因子である性別や下肢のアライメントに着目した検討や、ランニングとの関連性の検討はされていない。
1-1-3 ITBSの発生とランニングバイオメカニクス
ランニング時の下肢のバイオメカニクスの異常がITBS発生につながるとの報告もある。Noehren et al.の前向き研究ではITBSが発生した女性ランナーはランニング立脚期の股関節内転角度と膝関節の内旋角度のピーク値が発生してないランナーに比べて高かったと報告した20。また、Ferber et al.はITBSの既往がある女性ランナーはランニング着地時の股関節の内転角度や膝関節の内旋角度が健常ランナーより大きいと報告した24。Hamill et al.21の筋骨格モデリング・解析システム(Software for Interactive Musculoskeletal Modeling、SIMM)を用いたランニング中のITBのストレイン測定研究によると、ITBSが発生したランナーは発生しなかったランナーよりランニング中のITBのストレインが高く、その時の股関節の内転角度や膝関節の内旋角度が大きい値であったと報告した。これらの結果から、ランニング中の股関節・膝関節の過度な前額面や水平面での動きがITBのストレインの増加させ、ITBS発生に影響を与えた可能性が示唆されている。また、ITBのストレインはランニングの歩隔が狭くなると増加し、さらにその時の股関節内転角度と膝関節内旋角度は有意に大きかったという報告もある25。ITBは、股関節の外側から膝関節の外側に付くため、前額面・水平面での下肢の過度な動きはITBのストレインを増加させる26。
ランニング中の股関節内転角度や膝関節の内旋角度の増加は、股関節外転筋力の低下に関係することが報告されている12。また、多くの研究で股関節外転筋力の低下とITBSの関連性を示唆している12,20,27。Fredericson et al.はITBSを有するランナーは股関節外転筋力が低下していると報告し12、股関節外転筋トレーニングにより、ITBSの症状が軽減したことを報告している5,12。さらに、ITBSを有する男性ランナーは股関節外旋筋力が低下していると報告されている28。しかし、ITBSと股関節筋力の低下は関連が見られなかったとの報告もあり29、股関節周囲筋の筋力低下とITBSの発生には統一した見解が見られていない。
近年の研究では、筋活動にも着目されており、Baker et al.の研究では、ITBSを有するランナーはランニング中の大腿筋膜張筋(Tensor fascia latae. TFL)の筋活動が健常なランナーより高いと報告した30。TFLは股関節外転時の中殿筋(Gluteus medius、GMED)による共同筋の作用と、股関節を内旋する機能を有する31。GMEDと大殿筋(Gluteus maximus、GMAX)の筋力低下は、TFLの活動を増大させると言われている32。そのため、殿筋群の筋力低下やTFLの活動増加が股関節の内旋を増加させると考えられる32,33。
このことから、股関節周囲筋の筋力低下や筋活動の異常がランニング時の股関節のキネマテイクスを変化させ、ITBに伸長ストレスを生じさせることが示唆されている20-22その結果、ITBの張力が増加し、ITBSの発生に影響していると考えられる。
しかし、ITBSのリスクファクターと言われている内反膝に着目してランニングバイオメカニクスやITBのストレインの検討はされていないのが現状である。
1-1-4 ITBSの好発因子
ITBS発生は、ランニングの時間、速度、傾斜、地面といった外的因子や、下肢の静的アライメント不良、股関節周囲筋の筋力低下、動的アライメント、性別といった内的因子との関連が示唆されている2,11-13。アライメントとは、「骨の配列関係」を意味する言葉であり、アライメントの不良とスポーツ障害発生との関係は重要視されている34。
ITBSの発生と下肢の静的アライメントとの関係については、内反膝を呈することがITBSのリスクファクターになり得ると考えられている2,8。内反膝とは、両膝が外側に彎曲した状態である。山本は35、内反膝は膝の外側への張力が増加するため、ランニング動作のような膝関節の屈伸動作を繰り返して行うと、腸脛靱帯炎を起こしやすいと述ベている。実際にTaunton et al.の調査ではITBSが発生したランナーの内、内反膝が33%、外反膝が15%2であり、McNicol et al.の調査では、55%が内反膝、8%が外反膝でであったと報告されている8。また、増島の調査でも、55名のITBS症例の中、37名が内反膝であった36。内反膝は膝関節外側に伸長ストレス、内側には圧縮ストレスがかかりやすい状態である37。内反膝の測定には、両足部を揃えた立位状態で、大腿内側顆間距離を測る方法が広く用いられ、大腿内側顆間距離が2横指あるいは4cm以上の場合を内反膝と定義されている(図1-1)35,38。
また、ITBSは女性が男性より2倍近く高い発生率を示している2。女性ランナーはランニング時の股関節内転角度が男性より大きいことや39、ITBSを有する女性ランナーはランニングの立脚期に股関節の外旋角度がITBSを有する男性ランナーより大きいことなど'ランニングバイオメカニクスの性差がその原因として挙げられている。
上記のとおり、内反膝と性別はITBSの好発因子と挙げられているが、そのメカニズムは明らかになっていない。ITBのストレインの増加はITBS発生要因と考えられているため、好発因子を有する場合とそうでない場合を比べた時に、ITBのストレインがどのように変化するのかを把握することはITBSの発生予防のため必要と考えられる。
1-1-5 ITBSの評価とリハビリテーション
ITBSの主観的評価では、ランニングや階段などの荷重時の反復動作で膝の外側に痛みが発生することである10。Renneも、歩行中に痛みのため足を引きずることがITBSの症状と言い、2マイル以上走るとその症状が強くなると記録している3。
ITBSの客観的評価では、ITBのタイトネスがランニング中にLFEに対して摩擦を起こすことがITBSの原因と考えられていたため、被験者が側臥位になった状態で上部の股関節を最大内転させて角度を測るOber’s testが一般的であった41。しかし、実際のOber testとITBSの関連性は見られなかった報告がある42。
また、LFEの位置のITBを圧迫しながら膝関節の屈曲90°から伸展させ、30°程度で痛みが強くなるかどうかを評価するNoble compression testもITBの評価方法の一つで用いられていた6。しかし、この方法は、外側半月板、大腿二頭筋腱、膝蓋大腿関節や外側側副靭帯などの痛みと区別することが難しいとされる43。
ITBSリハビリテーションとして、ITBと中殿筋のストレッチが多く用いられている。しかし、ストレッチによる長期的な組織の機械的変化やランニングメカニクスの改善の報告はされていない。加えて、ITBSの発生はITBのストレインの増加が関連するとされるため、ITBのタイトネスを解消するためのストレッチはITBの伸張性を増加させ、ITBSの症状を強調すると示唆されている20。
また、股関節の外転筋力低下がITBSの発生因子と言われ、股関節外転筋力の強化もITBSのリハビリテーション方法として用いられている9。しかし、股関節外転筋力とITBSの関係が見られてない報告もあり29、リハビリテーションの効果は十分検証されていないのが現状である。
近年の研究でITBのストレインの増加とITBSの発生の関連性が挙げられているが、その研究はランニング中のITBのストレインの推測であり、ITBSのリハビリテーションにつなげるためには、生体のITBのストレインを検討する必要があると考えられる。
1-1-6 超音波Real-time Tissue Elastography
超音波による測定は、肢位の変化をリアルタイムでとらえることができ、MRIより有効であることが示唆されている44。超音波は、ストレッチング中のITBの厚さとその変化の測定44やITBの幅の変化45、そして膝の屈伸によるITBの移動量の測定など46多方面で活用されている。さらに近年、組織の硬度評価に超音波を用いた組織弾性イメージング技術(Real-time Tissue Elastography、RTE)が活用されている。RTEは、プローブを生体に当て、微小な圧迫を加えることで生じる微小変位を歪みに交換し、その歪みをリアルタイムに画像化したものである。RTEは、柔らかい組織は歪み率が大きく、硬い組織は歪み率が小さいという特性を利用して、圧迫した際に生じる組織の歪み具合を分析することで組織の硬さを評価している(図1-2)47。
さらに、RTEの計測法の1つであるStrain Ratioが開発され、より客観的に硬さの測定が可能となった48。ストレインは対象部位と基準部位の領域を選択し、二つの部位の歪み比を算出する機能である。また、近年開発されたRTE用の硬度基準物質(音響カプラー)を用いることで安定した基準部位の硬さでの測定が可能となった。
RTEを用いた組織の硬度測定に関しては、多くの研究で活用され、その妥当性や信頼性は高く評価されている49,50。Chinoら49の模倣組織に対するRTEとストレインゲージでの測定値を比較した研究では、0.9960<0.01)といった高い相関係数を示し、RTE測定の妥当性が確認された。また、内側腓腹筋の硬度測定に対する検者内信頼性がICO0.77〜0.89、検者間信頼性がICO0.89であり、測定の高い信頼性が示されている。
それ以外にもRTEは、腕の屈筋47やアキレス腱の硬度51、甲状腺結節の測定52と乳房の疾患の測定53など幅広く用いられている。
ITBのストレインはITBSの発生と密接な関連性が報告されているが、ITBのストレインを検討した研究はほとんどがシミュレーションでの推測であり、生体のITBを評価した研究は稀である。ITBのストレインが高いことは、ITBが伸長され、張力が増加したことである。生体のITBの長さを正確に評価することが難しいが、超音波のStrain Ratio機能を用いてITBの硬度を測定し、ITBの緊張を評価することは可能である。
RTEを用いてITBの測定した研究報告は未だないため、ITBに対するRTEの有用性を検討することで、今後のITBSの予防につながると考えられる。
