膝痛

前十字靭帯損傷後は筋力が簡単に戻らない

前十字靭帯断裂

怪我をした後には筋力が低下してしまい、これが簡単には元に戻らないことでさらなる怪我の悪化につながる可能性があります。

リハビリを長期間頑張ったとしても怪我により身体や神経へと影響を及ぼし、特に前十字靭帯断裂後は簡単には筋力が元に戻らないと言われています。

 

ポイント

  • 前十字靭帯損傷後はリハビリをしたとしても100%元に戻すことは簡単ではありません
  • 前十字靭帯損傷が神経にも影響を及ぼすことも簡単に筋力が戻らない理由のひとつと考えられています
  • それでも前十字靭帯損傷後に筋力をつけることは機能回復や、さらなる怪我の予防のためにも大切です

 

リハビリをしても簡単には筋力が戻らない?

手術後に長期間にわたってリハビリを行うことで一定程度の筋力を獲得することができますが、

前十字靭帯損傷後はリハビリをしたとしても100%元に戻らない可能性があります。

大腿四頭筋

とある研究で前十字靭帯損傷の2年後に筋力を評価したところ、リハビリにより一定程度は回復しているのですが100%元には戻っていなかったことが確認されています

前十字靭帯断裂後の筋力の回復具合

(Palmieri-Smith and Thomas 2009より引用)

これはどれくらい鍛えたのか?という要素も関係していますが、簡単には元に戻らない別の理由があるのではないかと考えられています。

 

筋力が簡単に戻らない原因について

前十字靭帯断裂後に筋力が簡単に戻らないことには様々な原因が考えられています。

 

痛みや腫れが筋力低下に影響している?

神経の制御を再現するかのように、次の図のように健康な人の膝に食塩水を注入することで大腿四頭筋の神経の働きが鈍くなってしまうということが報告されています

生理食塩水を膝に注射する様子

(Palmieri et al 2004より引用)

この実験は怪我を完全に再現したものではありませんが、膝の状態が変わることで神経に影響を及ぼし、それが筋力にも影響する可能性があることを示しているかと思います。

 

感覚神経による影響

前十字靭帯の損傷が神経にも影響を及ぼし、これが筋力が簡単には戻らない理由のひとつであると考えられています

例えば、大腿四頭筋の働きが前十字靭帯に負荷を与えてしまう性質があるため、これを本能的にブロックしているのではないか?と考えられています。

献体による大腿四頭筋の筋力と前十字靭帯の負荷の実験

(DeMorat et al 2004より引用)

献体による実験によると4500Nの力が大腿四頭筋によって生み出されると前十字靭帯の部分断裂や完全断裂が起きるそうです

しかし、大腿四頭筋と前十字靭帯への負荷の関係についてジャンプの着地時を再現した実験では、大腿四頭筋の力が大きいことで前十字靭帯の負荷を和らげる結果となったそうです

このため大腿四頭筋が身体に悪影響を与えるため本能的にブロックしているという説には疑問が残ります。

 

前十字靭帯断裂後の脳神経の変化

前十字靭帯断裂後は脳からの刺激に反応しにくくなることがあるようです。

脳

  • 大腿四頭筋に力を入れている時に脳に刺激を与えることで筋肉に反応が出るのですが、前十字靭帯損傷をしたグループは脳により大きな刺激が必要だったそうです7〜10
  • 興味深いことに、この脳への刺激と筋力に関係性がみられたことが報告されています

 

さらに筋肉が反応にくくなる理由のひとつとして、脳神経の構造的な変化によるものという考え方もあります。

MRIの計測によると前十字靭帯断裂した側の皮質脊髄路と呼ばれる神経の一部分が小さくなっていたようで、何らかの構造的な変化が生じている可能性があるようです

(Lepley et al 2020より引用)

 

 

 

大腿四頭筋の筋力とスポーツ復帰後への影響

大腿四頭筋の働きが低下することでスポーツ復帰後に様々な悪影響が生じる可能性があります。

 

スポーツのパフォーマンス

前十字靭帯断裂をすると大腿四頭筋の働きが弱くなり、これによってスポーツのパフォーマンス低下などが起こると考えられています。

片足ジャンプ

  • 前十字靭帯断裂後に大腿四頭筋が弱いとジャンプの着地時の左右差が大きくなりやすいことが報告されています11・12
  • 前十字靭帯断裂した人達を対象にした研究では、大腿四頭筋が弱いと片足ジャンプのパフォーマンスが低いことが報告されています13
  • 大腿四頭筋の筋力は膝の状態に影響し、筋力が高いほど膝の状態が良い傾向にあるようです14

このように大腿四頭筋などの筋力は、その後のパフォーマンスや膝の状態に関係してきます。

 

スポーツ復帰と再断裂のリスク

大腿四頭筋を鍛えることでスポーツ復帰後の怪我のリスクを減らせる可能性があります。

サッカーのキック

  • 大腿四頭筋の筋力の左右差が1%解消されるごとに膝を再度怪我するリスクが3%減ったという研究報告があり15、大腿四頭筋の筋力不足は怪我のリスクを高めます16
  • 前十字靭帯再建手術後6ヶ月時点での筋力はその後のスポーツ復帰の度合いと関連していなかったという研究結果もあります17

筋力を高めれば全てが解決するわけではありませんが、スポーツへの復帰や再断裂の予防などを考えてもしっかりと筋力を高めていくことが重要です。

⇨前十字靭帯断裂からのスポーツへの復帰と再断裂について

 

変形性膝関節症のリスク

大腿四頭筋の筋力不足は前十字靭帯断裂後の変形性膝関節症のリスクを高めます。

変形性膝関節症

  • 前十字靭帯損傷後は周辺の筋肉が弱まる傾向にありますが18、筋肉が弱まることで変形膝関節症などの怪我や再発するリスクが高まります。
  • 300名を超える人達を数年にわたって追跡調査した研究がありますが、大腿四頭筋の筋力が低下していた人達は変形性膝関節症を発症しやすい傾向にあったことが報告されています19

前十字靭帯断裂した人の多くが数十年後には変形性膝関節症を発症しやすいことから、しっかりと大腿四頭筋を鍛えておくことが大事かと思います。

⇨前十字靭帯断裂後の変形性膝関節症のリスク要因について

 

前十字靭帯断裂後の筋力回復方法

神経の影響によって単純に筋肉を鍛えるだけでは思うような効果が得られないこともあり、前十字靭帯損傷後の筋力回復には様々な方法が考えられています。

 

筋力トレーニング

筋力をつける王道の方法といえばやはり筋力トレーニングかと思います。

筋力トレーニングで筋力が回復するのが一番いいのですが、前十字靭帯断裂などの怪我においては神経伝達の問題が生じることで100%の筋力を発揮できず、おのずとトレーニング効果が低下してしまうことがあります。

ウェイトトレーニングに取り組むことで前十字靭帯断裂した脚の筋力が回復していきます23〜25。特にエキセントリック収縮のほうが筋力回復の効果が高いとされています24〜25

レッグプレス

また、怪我をしていない方の脚も同時に鍛えることで筋力回復効果が高まると考えられていて、ある研究では怪我をしていない方の脚へのトレーニングにより通常よりも筋力改善効果がみられたことが報告されています28

しかし、両方の脚を同時に鍛えたとしても、怪我をした方の脚だけ筋肉がつかない、むしろ筋力の左右差が大きくなってしまうこともあります29

 

摂動トレーニング

片足バランス

予期せぬ負荷を与えるようなバランストレーニングによって感覚器を刺激することで筋力を回復させるという方法もあります。

 

経皮的電気神経刺激(TENS)

微弱な電気刺激を与えることで筋力発揮が抑制されているのが一時的に軽減されるようです。

電気刺激の詳細な設定方法については少し疑問が残るところではあります。

 

神経筋電気刺激(NMES)

少し強めの電気を流して筋肉の収縮を促す方法です。

私がアメリカ留学していた時は電流の名前が”ロシアン”というものだったため「ロシアの拷問器具」なんて冗談を言っている選手もいました。

最近では一般の人向けに色々な器具が登場しており、ブームなんでしょうかね?

EMSトレーニング

 

経頭蓋磁気刺激(TMS)

(Lesley et al 2020より引用)

脳からの刺激を加えることで筋力発揮の回復に一定の効果あることが示唆されています27

しかし、わからないことも多くどのくらい実用的なのか不明です。

 

まとめ

前十字靭帯断裂をすることで筋力発揮に何らかのブロックがかかってしまい、リハビリをしたとしてもそう簡単には筋肉が元に戻りにくい可能性があります。

筋力が簡単に戻らないことでさらなる怪我へと発展する可能性があるため、しっかりとトレーニングを行い、怪我の予防につとめることが大切になってきます。

 

<参考文献>

  1. Palmieri-Smith RM, Thomas AC. A neuromuscular mechanism of posttraumatic osteoarthritis associated with ACL injury. Exerc Sport Sci Rev. 2009;37(3):147-153.

  2. Slemenda C, Heilman DK, Brandt KD, et al. Reduced quadriceps strength relative to body weight: a risk factor for knee osteoarthritis in women? Arthritis Rheum. 1998;41(11):1951-1959.

  3. Palmieri RM, Tom JA, Edwards JE, et al. Arthrogenic muscle response induced by an experimental knee joint effusion is mediated by pre- and post-synaptic spinal mechanisms. J Electromyogr Kinesiol. 2004;14(6):631-640.

  4. Shaw T, Williams MT, Chipchase LS. Do early quadriceps exercises affect the outcome of ACL reconstruction? A randomised controlled trial. Aust J Physiother. 2005;51(1):9-17. doi:10.1016/s0004-9514(05)70048-9
  5. DeMorat G, Weinhold P, Blackburn T, Chudik S, Garrett W. Aggressive quadriceps loading can induce noncontact anterior cruciate ligament injury. Am J Sports Med. 2004;32(2):477-483.
  6. Lipps DB, Oh YK, Ashton-Miller JA, Wojtys EM. Effect of increased quadriceps tensile stiffness on peak anterior cruciate ligament strain during a simulated pivot landing. J Orthop Res. 2014;32(3):423-430.
  7. Bodkin SG, Norte GE, Hart JM. Corticospinal excitability can discriminate quadriceps strength indicative of knee function after ACL-reconstruction. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 2019;29(5):716-724.
  8. Lepley AS, Grooms DR, Burland JP, Davi SM, Kinsella-Shaw JM, Lepley LK. Quadriceps muscle function following anterior cruciate ligament reconstruction: systemic differences in neural and morphological characteristics. Exp Brain Res. 2019;237(5):1267-1278.
  9. Lepley AS, Ly MT, Grooms DR, Kinsella-Shaw JM, Lepley LK. Corticospinal tract structure and excitability in patients with anterior cruciate ligament reconstruction: A DTI and TMS study. NeuroImage: Clinical. 2020;25:102157.
  10. Ward SH, Pearce A, Bennell KL, Pietrosimone B, Bryant AL. Quadriceps cortical adaptations in individuals with an anterior cruciate ligament injury. Knee. 2016;23(4):582-587.
  11. Ithurburn MP, Paterno MV, Ford KR, Hewett TE, Schmitt LC. Young Athletes With Quadriceps Femoris Strength Asymmetry at Return to Sport After Anterior Cruciate Ligament Reconstruction Demonstrate Asymmetric Single-Leg Drop-Landing Mechanics. Am J Sports Med. 2015;43(11):2727-2737.
  12. Schmitt LC, Paterno MV, Ford KR, Myer GD, Hewett TE. Strength Asymmetry and Landing Mechanics at Return to Sport after Anterior Cruciate Ligament Reconstruction. [Miscellaneous Article]. Medicine & Science in Sports & Exercise. 2015;47(7):1426-1434.
  13. Schmitt LC, Paterno MV, Hewett TE. The impact of quadriceps femoris strength asymmetry on functional performance at return to sport following anterior cruciate ligament reconstruction. J Orthop Sports Phys Ther. 2012;42(9):750-759.
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  15. Grindem H, Snyder-Mackler L, Moksnes H, Engebretsen L, Risberg MA. Simple decision rules can reduce reinjury risk by 84% after ACL reconstruction: the Delaware-Oslo ACL cohort study. Br J Sports Med. 2016;50(13):804-808.
  16. Paterno MV, Schmitt LC, Ford KR, et al. Biomechanical measures during landing and postural stability predict second anterior cruciate ligament injury after anterior cruciate ligament reconstruction and return to sport. Am J Sports Med. 2010;38(10):1968-1978. doi:10.1177/0363546510376053
  17. Novaretti JV, Franciozi CE, Forgas A, Sasaki PH, Ingham SJM, Abdalla RJ. Quadriceps Strength Deficit at 6 Months After ACL Reconstruction Does Not Predict Return to Preinjury Sports Level. Sports Health. 2018;10(3):266-271.
  18. Palmieri-Smith RM, Thomas AC. A neuromuscular mechanism of posttraumatic osteoarthritis associated with ACL injury. Exerc Sport Sci Rev. 2009;37(3):147-153.
  19. Slemenda C, Heilman DK, Brandt KD, et al. Reduced quadriceps strength relative to body weight: a risk factor for knee osteoarthritis in women? Arthritis Rheum. 1998;41(11):1951-1959.
  20. Rice DA, McNair PJ. Quadriceps arthrogenic muscle inhibition: neural mechanisms and treatment perspectives. Semin Arthritis Rheum. 2010;40(3):250-266.
  21. Pietrosimone BG, McLeod MM, Lepley AS. A theoretical framework for understanding neuromuscular response to lower extremity joint injury. Sports Health. 2012;4(1):31-35.
  22. Lepley AS, Ly MT, Grooms DR, Kinsella-Shaw JM, Lepley LK. Corticospinal tract structure and excitability in patients with anterior cruciate ligament reconstruction: A DTI and TMS study. NeuroImage: Clinical. 2020;25:102157.
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  26. Konishi Y, Konishi H, Fukubayashi T. Gamma Loop Dysfunction in Quadriceps on the Contralateral Side in Patients with Ruptured ACL: Medicine & Science in Sports & Exercise. 2003;35(6):897-900. doi:10.1249/01.MSS.0000069754.07541.D2
  27. Urbach D, Berth A, Awiszus F. Effect of transcranial magnetic stimulation on voluntary activation in patients with quadriceps weakness. Muscle Nerve. 2005;32(2):164-169.
  28. Harput G, Ulusoy B, Yildiz TI, et al. Cross-education improves quadriceps strength recovery after ACL reconstruction: a randomized controlled trial. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2019;27(1):68-75. doi:10.1007/s00167-018-5040-1
  29. Zult T, Gokeler A, van Raay JJAM, et al. Cross-education does not accelerate the rehabilitation of neuromuscular functions after ACL reconstruction: a randomized controlled clinical trial. Eur J Appl Physiol. 2018;118(8):1609-1623. doi:10.1007/s00421-018-3892-1

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