ランニングのバイオメカニクスに対する疲労と Biofreeze® の影響

遅発性筋肉痛 (DOMS) は、初心者から上級者まで、多くのランナーに共通する不満です。 DOMS は、股関節の屈筋と伸筋、膝の屈筋と伸筋、および足関節底屈筋を含むがこれらに限定されない、移動の主な可動子に影響を与える可能性があります。 DOMS を装着して走ると、股関節、膝、足首の力学が影響を受ける可能性があり、影響を受ける筋肉組織のさらなる損傷を防止したり、痛みを軽減したりするために、保護的な代償を引き起こす可能性があります。 一般的な発生の 1 つは、長時間のランニング後の膝伸筋における DOMS です。 膝伸筋に発生する DOMS は、矢状膝関節の生体力学に大きな影響を与える可能性があります (Dutto and Braun 2004; Paquette et al., 2017)。 より具体的には、膝の力学におけるこれらの変化は、最初のスタンスで膝の硬直を増加させ、垂直方向の脚の硬直を増加させる可能性があります. この膝の硬さの変化は、潜在的に膝伸筋の伸展に対する保護的補償メカニズムとして機能します (Paschalis et al., 2007; Tsatalas et al., 2010)。 (DOMS または疲労の結果として) ランニング メカニクスを変更すると、ランニング関連の怪我のリスクが高まる可能性があります。

実行中のバイオメカニクスに対する筋肉痛の影響を軽減または緩和する 1 つの潜在的な方法は、局所鎮痛剤によるものです (Ellis et al., 2005)。 Biofreeze® などの局所鎮痛剤は、信号を脳に送信し、信号を筋肉に中継して筋肉を保護する痛みの受容体に付着することによって作用し、収縮した位置にとどまり、力の生成と実行中の生体力学の両方に影響を与えます (Johar et al.ら、2012)。 この信号をブロックすることで、個人は筋肉痛を緩和し、筋肉機能と関節力学をDOMS前のレベルに戻すことができます. ただし、ランニングの生体力学に対する筋肉痛と局所鎮痛薬の相互作用の影響は不明のままです。 DOMS に関連する筋肉痛の軽減は、ランニングのパフォーマンスの向上、または少なくとも DOMS に対処する日常生活の快適さにつながる可能性があります。 今日まで、実行中のバイオメカニクスに対する局所鎮痛薬で処理された DOMS の相互作用効果に関する研究はほとんどありません。

実験プロトコル

被験者：17〜40歳の20人の被験者が研究のために募集されます。 参加者はレクリエーション ランナーと見なされます (17 歳以上、週に 20 km を走っており、最近または現在の怪我がないこと)。 書面によるインフォームド コンセントは、すべての被験者から取得されます。

実験手順: 実験手順の前に、参加者は短い習熟セッションを行い、モーション キャプチャ分析に必要な人体測定を行います。 次に、参加者は、通常のウォーキング/ランニング/ストレッチ ルーチンでウォームアップすることができます。 完了後、参加者はバイオメカニクス機器を装備します (下記参照)。 次に、参加者はトレッドミルで走ります。 各ランニング セッションは 5 ～ 10 分間続き、参加者は 2 つの異なる速度 (2 および 3 m/s) で走ります。速度依存。 両方の速度でセッションを実行した後、参加者は DOMS プロトコルを実行します (以下を参照)。 DOMS プロトコルの 48 時間後に、参加者はラボに戻り、上記とまったく同じ実行プロトコルを実行します。 次に、参加者は Biofreeze® (またはプラセボ) を適用され (以下を参照)、適用の 15 分後に、参加者は再び実行プロトコルを実行します (以下のタイムラインを参照)。

1日目：

• プロトコルとラボエリアの理解
• 人体測定
• キネマティック解析の実行 - BASELINE (EMG およびモーション キャプチャ)
• DOMS プロトコル (トレッドミルの実行を拒否) 2 日目: (DOMS プロトコルの 48 時間後)
• DOMS（圧迫痛閾値 - 付録、主観的分析を参照）の測定
• DOMS によるランニング キネマティック解析
• Biofreeze アプリケーション / コントロール (プラセボ) アプリケーション
• 運動学的解析を実行する介入
• 両方のセッションでの EMG とモーション キャプチャ

痛みを誘発する DOMS プロトコル: DOMS プロトコルは、プロトコルを実行している 30 分間の衰退トレッドミルを実行する参加者で構成されます。 参加者は、最初に 0% の勾配でゆっくりと歩くペースで 5 分間ウォームアップします。 参加者がトレッドミルに慣れ、準備が整うと、トレッドミルは -10% のグレード (低下) に設定され、参加者は予測される最大心拍数 (PHRM) の 85% まで動作します。 85% PHRM が達成されると、30 分のタイマーが開始され、参加者は、参加者側に残るスポッターによるモニタリングで、そのレベルの強度を維持することを目指します。 参加者は、トレッドミルに乗っているときは常にトレッドミルの安全キーにクリップで留められます。

運動学: 3 次元の下半身の運動学は、10 台のカメラ Vicon モーション キャプチャ システム (Vicon、オックスフォード、英国) を使用して追跡されます。 個々のマーカーは、内側および外側のくるぶし、足（かかと、遠位中足骨）、膝の内側および外側顆、股関節の大転子、骨盤（上前腸骨棘、上後腸骨棘）、および胴体 (剣状突起、胸骨上ノッチ、T10 椎骨、C7 椎骨、および位置識別のための中位下肩甲骨ランドマーク)。 さらに、軽量の反射マーカーで構成されるカスタム成形された剛体が、足の背面、横方向のすねの中央、横方向の太ももの中央、および骨盤の後方 (仙腸骨領域) に固定されます。 剛体は、実験的テスト中にセグメントの動きを追跡するために使用されます。 静的キャリブレーションは、剛体と解剖学的ランドマーク上のキャリブレーション マーカーとの間の関係を決定し、続いて関節中心とセグメント座標系を決定します。 マーカーは、個々の場所に応じて、ベルクロ ナイロン ストラップ、医療用テープ、または両面テープのいずれかで取り付けられます。

筋電図検査 (EMG): 表面筋電図検査 (SEMG) を使用して筋肉活動を記録し、電極を配置する前に、表面を剃ったりアルコールで皮膚を洗浄するなどの標準的な準備を行います (SOP 07 - 表面筋電図)。 調査員は、記録サイトの品質を向上させるために、電極を配置する前に、以下の指定された場所でローカライズされたシェービングを必要とします。 使い捨ての使い捨てカミソリが使用され、出血やカミソリ負けが発生した場合は、プロトコルを続行するのではなく、これが優先されます。 SEMG は 8 つの下肢の筋肉 (両側) から記録されます。 選択された筋肉群には以下が含まれます：

1. 膝伸筋：内側広筋、外側広筋、大腿直筋、中間広筋
2. 膝屈筋：大腿二頭筋、半膜様筋、半腱様筋
3. 足関節底屈筋：外側腓腹筋

シェービングとアルコールでのスクラブを含む電極の準備に続いて、使い捨てのバイポーラ Ag-AgCl 表面電極 (MediTrace 130、Kendall、マンスフィールド、マサチューセッツ州、米国) を各筋腹の上に配置し、電極間の中心と中心を合わせて筋繊維の向きに合わせます。 2.5cmの距離。 EMG はバンドパス フィルター処理され (10 ～ 1000 Hz)、差動増幅されます (60 Hz で CMRR > 115 dB、入力インピーダンス -10 GQ、モデル AMT-8、Bortec Biomedical Ltd.、カルガリー、AB、カナダ)。

準備の後、参加者は一連の最大随意収縮を実行して、EMG 信号を正常化します。 参加者は、等尺性の最大膝屈曲および伸展収縮を実行して、EMG 信号を正規化します。 すべての EMG データは、2048 Hz のレートでデジタル記録されます。

圧痛閾値：圧痛閾値は、筋肉の圧痛を評価するために使用され、痛みを引き起こす最小の圧力として定義されます。 圧痛閾値が高いほど、筋肉の圧痛が少ないことを示します。 圧痛閾値は、他のテストの前に、各運動セッションの開始時に各参加者の右大腿四頭筋について測定されます。 参加者は、プレッシャーではなく痛みを感じた瞬間に「はい」と言うように指示されます。 参加者がリラックスした立位で、研究者は痛覚計のプローブを腸骨稜と膝蓋骨の上縁の中間にある右大腿四頭筋の正中線に配置します。 治験責任医師は、参加者が痛みを示すまで、50 ～ 60kPa s-1 の一定速度で徐々に力を加えます。 測定間隔が 30 秒の 3 回の試行を、1.0 cm2 の刺激領域を備えた痛覚計 (Lafayette Instrument Company、Manual Muscle Tester、Model 01163、Lafayette、インディアナ州、米国) で測定し、データをキログラム/単位で記録します。 cm2 をキロパスカルに換算すると (1kg/cm2=98.1 kPa)。 3回の試行の平均が分析に使用されます。

知覚された痛み (主観的な痛みの分析): 筋肉痛も BS-11 数値評価尺度 (NRS) を使用して測定されます。 NRS は、参加者が経験した筋肉痛に関連して、痛みの量を表現できるようにします。 NRS は 0 ～ 10 の範囲の 11 段階の尺度であり、0 は「まったく筋肉痛がない」と定義され、10 は「これまでに感じた中で最悪の筋肉痛」と定義されます。

知覚される運動の割合: 知覚される運動の割合を測定するための単純化された尺度が使用されます (1 から 10、1 は最小の努力、10 は数秒間だけ持続できる最大の努力です)。 これは、調査のすべての実行部分 (ベースライン、DOMS、バイオフリーズ/コントロール) で収集され、平均化されます。

Biofreeze® (またはプラセボ) 塗布: 大腿四頭筋に局所クリームを塗布します。 Biofreeze の場合、局所鎮痛剤 8ml が大腿四頭筋の筋肉腹に塗布されます。 塗布方法には、実質的な力、圧力、またはこすりが含まれないため、反射活性化は期待されません。 この Biofreeze® の投与量は、大腿四頭筋の平均皮膚表面積が約 1600cm2 であるという推定と、200cm あたり 1ml の Biofreeze® の推奨投与量に基づいています。 プラセボクリームでも同じプロセスが起こります。 研究者は、Biofreeze® またはプラセボのいずれかを適用することができません。 グループは、コントロールまたは実験条件のいずれかにランダム化されます。