JP2003525095A - トルク制御伸張性運動トレーニングのための方法および装置 - Google Patents

トルク制御伸張性運動トレーニングのための方法および装置

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ステイヨ， ポール ラ
スタン リンドステット，
ハンス ホッペラー，
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、トルク制御伸張性トレーニングをヒト筋肉系に施すデバイスに関し、ヒト筋肉系にトルク移動を施す手段、トルク移動に抗する際に筋肉系によって生成される減速力データを表示する表示手段と、減速力データを検出および処理して、ヒト筋肉系へのトルク移動を調節する手段とを備える。本発明の一実施形態では、トルク移動を施す手段は、回転またはペダルクランクに連結された駆動モータを含む。この駆動モータはまた、表示手段に必要に応じて結合もされ得るコントローラによって制御され得る。このコントローラは、駆動モータの条件を操作し、そして駆動モータの動作条件を得るために、測定モータデータおよび減速データを検出およびアルゴリズムで処理する手段によって測定された変量を処理することが可能なコンピュータプログラムを含み得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （連邦政府により支援された研究または開発に関する陳述） 本案についての財務補助は、認可番号ＩＢＮ９７１４７３１として、国立科学
財団を介して米国政府によって提供されており、米国政府は、本発明の特定の権
利を所有し得る。
【０００２】 （発明の分野） 本発明は、一般的に、低いトレーニング強度で運動筋のサイズおよび強度を増
大させる方法および装置に関し、そしてさらに詳細には、伸張性エルゴメータ法
（ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ ｅｒｇｏｍｅｔｒｙ）を用いることにより、低いトレー
ニング強度で運動筋のサイズおよび強度を増大させる方法および装置に関する。
【０００３】 （発明の背景） 一般に、少なくとも最低の身体活動が筋量を維持するのに必要であることが受
け入れられている。このような最低の活動が足りない場合、筋肉系が萎縮し、そ
して筋量が低減してしまう。筋活動はエネルギー消費性である。すなわち、身体
活動中に筋肉系による酸素消費量が非常に増大する。たとえば、安静時での健康
者の酸素消費量は、身体活動により１０〜１５倍増大し得る。十分な量の酸素が
筋肉に届かない場合、身体活動は制限される。酸素が十分に送達されないのは、
肺での酸素受入れにおける障害に起因するか、または筋肉へ酸素が十分に運ばれ
ないことに起因し得る。心臓のポンプ機能が不十分であることは心臓機能不全を
示す。筋肉の減少は心筋の活動が十分でない結果として心疾患を煩っている者に
起こる。このことは、心臓のポンプ機能のさらなる低下をもたらすことになり、
したがって悪循環となる。本発明は、このプロセスまたは状態を妨げるために使
用され得る。
【０００４】 筋肉が力を出すときに、強度増大（ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｇａｉｎｓ）が起こる
。力を発生している間に筋肉が収縮する場合、短縮性（Ｃｏｎ）ポジティブワー
クを発生する筋肉において仕事がなされる。力を発生している間に筋肉が伸張す
る場合、筋肉には、伸張性（Ｅｃｃ）ネガティブワークを発生する。筋力が加え
られた抵抗力に勝る場合、その筋活動は、「短縮性」を意味し、そして筋力が加
えられた抵抗力よりも小さい場合、その筋活動は、「伸張性」を意味する。「加
速性仕事（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｗｏｒｋ）」は、短縮性筋収縮に起因し
、そして「減速性仕事（ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｗｏｒｋ）」は、伸張性収
縮に起因する。例えば、山を登ることはもっぱら短縮性仕事を要し、そして同じ
山を降りることはたいてい伸張性仕事のみを要する。身体面から見ると、どちら
の場合にも等しいエネルギーが変換される。登りの際には位置エネルギーが増え
るが、降りの際には同量のエネルギーが失われる。物理的に同量のエネルギーが
変換されるが、登りに関して筋肉系によって消費されるエネルギー量は、降りに
関して失われるエネルギー量よりもさらに多い。物理的に等しい伸張性仕事に関
して費やされるさらに５倍〜７倍のエネルギーが、短縮性仕事に関して費やされ
る。
【０００５】 強度増大の大きさは、それがＥｃｃまたはＣｏｎ仕事であるかにかかわらず発
生される力の大きさの関数である。短縮性によるよりも伸張性により大きな力が
出され得るため、Ｅｃｃトレーニングは、Ｃｏｎトレーニングよりも多大に筋肉
に「過剰な負荷を与える」能力を有する。したがって、Ｅｃｃトレーニングは、
強度がより増大することになる。
【０００６】 さらに、Ｅｃｃ収縮形態は別の固有の属性を有する。力を発生するのに要され
る代謝消費が大幅に低減され、筋肉が低い代謝消費で高い筋肉張力を得る際に、
伸張性収縮する筋肉が「多少とも」得られる。換言すれば、Ｅｃｃ収縮は、Ｃｏ
ｎあるいは等尺性収縮（ｉｓｏｍｅｔｒｉｃ ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ）に対し
て最大の筋力を発生するだけでなく、より大幅に低減された酸素要求量（Ｖｏ２
）でそのように筋力を発生し得る。この観察は、準最適Ｅｃｃサイクルの酸素要
求量が同じ仕事負荷でのＣｏｎサイクルに関してのものの１／６〜１／７だけで
あることを報告したＢｉｇｌａｎｄ−Ｒｉｔｃｈｉｅ およびＷｏｏｄｓの先駆
的研究（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｅｌｅｔｒｏｍｙｏｇｒａｍ ａｎｄ ｏｘｙ
ｇｅｎ ｕｐｔａｋｅ ｄｕｒｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ａｎｄ ｎｅｇａｔ
ｉｖｅ ｗｏｒｋ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ（Ｌｏｎｄ
））２６０：２６７−２７７、１９７６）以降、十分に実証されている。
【０００７】 代表的に、高い仕事率（３０〜４５分に対し２００−２５０Ｗ）でのひと仕事
（ｓｉｎｇｌｅ ｂｏｕｔｓ）のＥｃｃ運動は、トレーニングを受けていない被
験者に筋肉痛、筋肉の弱化、および筋肉障害をもたらすことになる。したがって
、Ｅｃｃ筋収縮が必然的に筋肉痛および筋肉損傷を引き起こすという一般的な概
念が依然としてある。おそらく、このことがＥｃｃ収縮と筋肉損傷との間の関係
を確立しているために、Ｅｃｃトレーニングに長く晒すことおよび筋肉損傷およ
び強度に関するその効果を調べた調査はほとんどない。それにもかかわらず、Ｅ
ｃｃ収縮は、例を少し挙げれば、歩行、ジョギング、あらゆる傾斜の降り／歩行
、または椅子に腰を下ろすといった通常の活動にもよくある。これらの活動が、
いずれの筋肉障害および損傷もなく起こることは明らかである。
【０００８】 従って、筋肉損傷を引き起こすことなく運動筋の強度を高め得る、長期Ｅｃｃ
トレーニングの技術および／または装置を提供する必要がある。
【０００９】 （発明の要旨） 伸張性収縮する筋肉は、より大きな力を発生し、そしてその発生のためにエネ
ルギーをあまり必要としないため、Ｅｃｃトレーニングは、運動筋に有益な機能
的変化（強度の増大）および構造的変化（筋線維サイズの増大）の両方をもたら
す固有の特徴を有する。例えば、Ｅｃｃ仕事は、その仕事が短縮的に行われる場
合、筋肉にほとんどまたは全く影響を及ぼさないＶｏ２レベルで筋肉に過剰な負
荷を与え得るため、心臓および呼吸の働きが苛酷に制限されることにより筋量の
維持が今まで困難であった患者において、強度および筋肉のサイズの増大が可能
となり得る。
【００１０】 本発明は、トルク制御伸張性トレーニングをヒト筋肉系に施すデバイスに関し
、ヒト筋肉系にトルク移動を施す手段、トルク移動に抗する際に筋肉系によって
生成される減速力データを表示する表示手段と、減速力データを検出および処理
して、ヒト筋肉系へのトルク移動を調節する手段とを備える。本発明の一実施形
態では、トルク移動を施す手段は、回転またはペダルクランクに連結された駆動
モータを含む。この駆動モータはまた、表示手段に必要に応じて結合もされ得る
コントローラによって制御され得る。このコントローラは、駆動モータの条件を
操作し、そして駆動モータの動作条件を得るために、測定モータデータおよび減
速データを検出およびアルゴリズムで処理する手段によって測定された変量を処
理することが可能なコンピュータプログラムを含み得る。
【００１１】 本発明の別の実施形態では、デバイスは、駆動モータと回転クランクとの間に
配置された少なくとも１つのフライホイールも備え得る。駆動モータは、１つま
たは複数のチェーンにより回転クランクに連結可能であり、このチェーンはまた
、歯付きベルトまたはカルダン軸の形態をとり得る。デバイスはまた、駆動モー
タとフライホイールとの間に少なくとも１つのアイドラも備え得る。
【００１２】 本発明のなお別の実施形態では、デバイスは、このデバイスを安定させるため
に、駆動モータと回転クランクに沿って固体フレームに連結される調節可能なシ
ートを備える。この調節可能なシートの近くに配置された駆動モータのためにオ
ン／オフスイッチが存在し得、それによって、使用者は、トレーニングのために
使用者が座っている位置から装置をオン／オフに切り替え得る。
【００１３】 本発明はまた、上述した装置を用いたトルク制御伸張性運動トレーニングのた
めの方法を包含し、この方法は、回転クランクにおける動作パラメータを選択す
る工程、検出した測定データを処理する工程、駆動モータの動作条件をモニタリ
ングする工程、回転クランクにおける生成された減速力および動作パラメータを
表示デバイスに表示する工程、および選択した動作条件にしたがって、駆動モー
タを制御する工程を包含する。
【００１４】 （例示的な実施形態の詳細な説明） 本発明は、伸張性エルゴメータ法を用いて、低いトレーニング強度で運動筋の
サイズおよび強度を増大させる方法および装置に向けられている。本発明の装置
は、トルク移動をヒト筋肉系に施す手段を備えている。この装置は、図１および
図２に示した伸張性エルゴメータ装置１０に向けられており、モータ１２、回転
またはペダルクランク１４、少なくとも１つのフライホイール１６、および調節
可能なシート１８を備えている。モータ１２、回転クランク１４、およびシート
１８はすべて、フレーム２０に連結され、好ましくは、このフレーム２０は装置
１０を安定させるのを補助するために鋼からなっている。モータ１２は、１つ以
上のチェーン２２によって回転クランク１４に機械的に連結され、このチェーン
２２は、歯付きベルトまたはカルダン軸の形態をとることもできる。装置１０は
さらに、トルク移動に抗する際に使用者の筋肉系が生成する減速力データを表示
する表示手段２４（たとえばモニタ）を備える。磁気センサ２６は、ペダル速度
をモニタリングする。
【００１５】 伸張性エルゴメータ装置１０を構成する際、標準Ｍｏｎａｒｃｈサイクルエル
ゴメータ（ｃｙｃｌｅ ｅｒｇｏｍｅｔｅｒ：自転車エルゴメータ）のパワート
レインを用いることができる。調節可能なシート１８は、リカンベントシート（
ｒｅｃｕｍｂｅｎｔ ｓｅａｔ：横臥シート）であってもよく、装置１０は、た
とえばモータ１２とフライホイール１６との間の１つ以上のアイドラを備えた３
馬力直流（ＤＣ）モータによって、駆動される。フライホイール１６から回転ま
たはペダルクランク１４への変速比は、好ましくは約１：３．７５である。先に
述べたように、安定性のために、構成部材はすべて鋼フレーム２０に取り付けら
れる。モータコントローラ２８は、モータ速度を制御し、好ましくは、モータ速
度および負荷の双方について０〜１０ボルト出力を有する。磁気センサ２６は、
ペダルの毎分回転数（ｒｐｍ）をモニタリングし、好ましくは、トレーニングセ
ッション中にこの回転数が乗り手／使用者に表示される。コントローラ２８から
の電圧およびアンペア数出力が、アナログ−デジタルボードと専用コンピュータ
によりモニタリングされる。モータ１２はまた、使用位置から装置をオン／オフ
に切り替えるために、使用者がアクセス可能なオン／オフスイッチ３０を備える
。一旦、所定のパラメータに達すると、自動的にモータを停止するようにプログ
ラムされ得る安全停止（ｓａｆｅｔｙ ｓｈｕｔ ｏｆｆ）を備えることもでき
る。
【００１６】 エルゴメータ装置１０は、もとの標準エルゴメータの摩擦帯域を用い、モータ
１２が固定ｒｐｍで前方向にフライホイール１６を動かす際に既知の負荷（重量
による）を加え、そしてモータのアンペア数／電圧を読み取ることによって較正
されることが可能である。したがって、固定負荷および固定ｒｐｍの場合、前方
向で行われる較正はまた、逆方向のフライホイールを較正するように機能する。
これに従って、Ｅｃｃ仕事率は、使用者が固定速度でペダル運動に抗することに
よって維持される。
【００１７】 図３および図４は、図１および図２に示した伸張性エルゴメータ装置１０を用
いたトルク制御運動トレーニング方法４０を示すフローチャートである。この方
法４０は、好ましくは、伸張性エルゴメータ装置１０の機能を制御するソフトウ
ェアプログラムによって行われる。この方法は、ステップ４２でトレーニングセ
ッションを開始することで始まり、ステップ４４で１つ以上の第１のパラメータ
が読み取られる。ステップ４６で装置１０の動作制御が読み取られ、次にステッ
プ４８で使用者が装置１０機能についての特定パラメータを制御および表示する
ことができる。ステップ４８で所望の制御が表示されると、ステップ５０でプロ
グラム処方箋が作成され、装置についての動作制御にそのプログラム処方箋が送
られる。使用者は、所望の時間期間での所望設定（プログラムされた処方箋）で
トレーニングまたは運動をし終えると、ステップ５２でトレーニングセッション
を終了するかどうかを決定する。使用者は、予めプログラムされたトレーニング
セッションを終了することを選択した場合、ステップ４６に戻って動作制御を読
み取り、ステップ４８〜ステップ５０にわたり、予めプログラムされたパラメー
タの別の設定に基づいてトレーニングを続ける。あるいは、使用者がステップ５
２でトレーニングセッションを終了することを選択した場合、ステップ５４でト
レーニングセッションのパラメータを保存することができ、次にステップ５６で
トレーニングセッションを終了する。
【００１８】 次に図４に目を向けると、図３中の制御および表示ステップ４８についてのさ
らに詳細な手順を示すフローチャートが示されている。トレーニングセッション
についてのパラメータを制御および表示する際の第１のステップは、ある所望の
結果を達成するのに必要なパラメータ値およびパラメータ範囲をステップ６０で
計算することを含む。ステップ６２では、緊急停止が適切であるか否かに関して
決定を行う。適切である場合、緊急停止がステップ６４で行われ、この緊急停止
は、次に表示ステップ６６で同じことを表示することによって反映される。ステ
ップ６２で緊急性がない場合、ステップ６８で、トレーニングプログラムについ
ての制限設定が許容可能であるか否かに関して決定を行う。制限が許容可能でな
い場合、ステップ７０でタイマーを停止および再設定し、ステップ７２でトレー
ニングセッションを停止する。ステップ７２でのこの停止は、次に表示ステップ
６６で表示される。トレーニングセッションについての制限設定が許容可能であ
る場合、使用者は、ステップ７４で開始ボタンを押すかどうかを決定する。ステ
ップ７４で開始ボタンが押されない場合、ステップ７０でタイマーが停止および
再設定され、ステップ７２でトレーニングセッションが停止される。ここでもま
た、ステップ７２での停止が表示ステップ６６で表示される。あるいは、使用者
がステップ７４で開始ボタンを押すことにした場合、ステップ７６でタイマーは
作動され、ステップ７８でトレーニングセッションが制御モードに入る。この制
御モードは、次に表示ステップ６６で表示される。
【００１９】 （本発明の伸張性エルゴメータ装置を用いるトレーニング法（ｒｅｇｉｍｅ，
養生法）の例） （６週間のトレーニング法） 被験者およびトレーニング法：１８歳〜３４歳（平均２１．５歳）の９人の健
康な被験者を、２つの運動トレーニンググループ：１）図１および図２に示した
ようなＥｃｃサイクルエルゴメータを用いた、男性２人（１人は座りきりの者、
１人は規則的に適度な運動をしている者）、女性２人（１人は規則的に適度な運
動をしている者、１人はトライアスロン競技者）のグループ、または２）従来的
なＣｏｎエルゴメータを用いた、不規則的に運動をしている男性２人および軽く
運動をしている女性３人のグループのうち一方に無作為に割り当てた。このＥｃ
ｃグループおよびＣｏｎグループはどちらも、トレーニングの頻度および持続時
間（ならびに５０〜６０のペダルｒｐｍ）を段階的に増やしながら６週間のトレ
ーニングを行った。第１週の間、各グループは１０〜２０分間のトレーニングを
２回行った。次に第２週の間、両グループとも３０分間の運動を３回行い、最終
的には、第３週から第６週の間は、一週間に３０分間の運動を５回行った。初め
の４週間で、Ｅｃｃグループは、Ｃｏｎグループの３倍高い仕事率が見られ始め
た。第５週の間、両グループ間のＶｏ２を等しくするよう試みて仕事率を調節し
た。
【００２０】 測定：骨格筋強度の変化を評価するために、トレーニング前、トレーニング後
、およびトレーニング中に、膝伸展によりもたらされた最大容量等尺性強度をサ
イベックス（Ｃｙｂｅｘ）ダイナモメータで測定した。被験者が緩いマスクをし
て、開放性（ｏｐｅｎ）肺活量測定システムを用いたトレーニングの間、週に１
度Ｖｏ２を測定した。視覚的疼痛指標（ＶＡＳ：ｖｉｓｕａｌ ａｎａｌｏｇ
ｓｃａｌｅ）を用いて下肢の筋肉痛の自覚を判断した。被験者は、指標強度に基
づいた自覚的運動強度（ＲＰＥ）を報告するよう求められた。
【００２１】 この検査の成果は、Ｅｃｃ仕事率が初めの４週間ではね上がり、少なくとも２
週間それを維持する場合、最小限の筋肉痛だけで、ＶＡＳが示すように筋肉損傷
をともなわずに、また検査中のいかなる時でも脚強度が損失することなく強度増
大が形成されることを示した。実際、脚強度は、Ｅｃｃグループにおいて有意に
増大した（図６を参照）。Ｅｃｃ仕事の漸増的なはね上がりにより、典型的また
は予期される筋肉損傷のほぼ全てが防止され、Ｅｃｃトレーニングの初めの数週
間に付随するすべての筋肉痛が排除された。仕事率を変えることにより運動Ｖｏ
２を等しくさせるための努力にもかかわらず、第５週のトレーニング中、Ｅｃｃ
のＶｏ２はＣｏｎよりも小さく、第６週になるまで等しくならなかった。脚強度
の増大（ゲイン）は、Ｅｃｃトレーニンググループの場合は見られたが、Ｃｏｎ
グループの場合は強度に何の変化も起きなかった。
【００２２】 図５に関して、身体および脚の自覚的運動で見られた唯一の有意差は、Ｅｃｃ
グループがより多くの自覚的脚運動を有した第１週のトレーニングの間でのＲＰ
Ｅ（脚における）においてである。
【００２３】 心臓にまさにごくわずかしか要求しない、本発明の方法および装置を用いての
強度増大は、意味深い臨床的用途を有し得る。健康な高齢者において高強度の抵
抗トレーニングにより強度および筋量が高められたにもかかわらず、心臓血管病
を患う多くの者は、骨格筋量および機能を高めるのに十分な強度で運動を行うこ
とが不可能である。この母集団の運動強度は、安静時を著しく上回るレベルで燃
焼筋（ｆｕｅｌ ｍｕｓｃｌｅ）に十分な酸素を送達する心臓血管系の能力が不
十分であることにより、厳しく制限されている場合が多い。多くの高齢の患者の
場合、代謝制限を誘発する症状は、３ＭＥＴＳと同じくらいの低さであると推定
され、これは、エルゴメータで約５０Ｗでのｃｏｎサイクリングに等しい。この
ような仕事率は、筋肉を十分に緊張させたりまたは筋萎縮および随伴性機能の低
下（ｔｈｅ ｃｏｎｃｏｍｉｔａｎｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｄｅｃｌｉｎｅ
）を防止するには不十分である場合がある。慢性心不全および／または閉塞性肺
疾患を患う患者のこの集団は、本発明の方法および装置を用いることによって各
自の運動リハビリテーションを行っている間、各自の筋量を維持することができ
、おそらくは、筋強度の増大が見られることさえある可能性がある。
【００２４】 （８週間のトレーニング法） 被験者およびトレーニング法：平均年齢２３．９歳（範囲年齢１９歳〜３８歳
）の健康な男性１４人の被験者を、それぞれ等しい平均最大酸素摂取量（Ｖｏ２ ｐｅａｋ ）を有する７人ずつの被験者からなる２つのグループをつくるために体
系的にグループ分けした。この２つのグループを、２つのグループ：１）図１お
よび図２に示したようなＥｃｃサイクルエルゴメータ、または２）従来的なＣｏ
ｎサイクルエルゴメータを用いたグループのうち一方に無作為に割り当てた。２
週間のトレーニング後、Ｃｏｎグループの１人の被験者が脱落し、Ｅｃｃグルー
プについてはｎ＝７およびＣｏｎグループについてはｎ＝６の人数が残った。
【００２５】 各被験者に従来的なＣｏｎエルゴメータでのＶｏ２ｐｅａｋテストを行い、被
験者の最大心拍数（ＨＲｐｅａｋ）をＶｏ２ｐｅａｋで得られた心拍数として定
めた。トレーニング運動強度は、被験者の両グループにおいて固定および同一の
パーセンテージのＨＲｐｅａｋ（％ＨＲｐｅａｋ）に設定し、８週間のトレーニ
ングのトレーニングセッションごとにわたって心拍数をモニタリングした。％Ｈ
Ｒｐｅａｋは、トレーニング期間中、両グループについて同様に初期５４％ＨＲ ｐｅａｋ 〜最終６５％ＨＲｐｅａｋまで漸増的に上昇した（図７を参照のこと）
。トレーニング期間を、トレーニングの頻度および持続時間を段階的に増やしな
がら８週間に延ばした。第１週の間、被験者はすべて、１５分間を週に２回乗用
した。トレーニング頻度は、第２週および第３週の間は２５分〜３０分を３回／
週、第４週の間には３０分を４回／週、および第５週および第６週の間には３０
分を５回／週であった。トレーニング頻度は、３回／週まで低減されたが、トレ
ーニング持続時間は、Ｅｃｃ被験者の主観的な「疲労」感のため、第７週および
第８週の間は３０分のままであった。ペダルｒｐｍは、両グループについて同一
であった（５０ｒｐｍで開始し、第５週までには７０ｒｐｍにまで段階的に増や
した）。
【００２６】 測定：測定はすべて上述した６週間のトレーニング法と同じであるが、そのほ
かに以下がある：トレーニングセッションごとのＥｃｃエルゴメータでの総仕事
（ジュール）を、モータからの０〜１０ボルト出力から直接求めた仕事率（ワッ
ト）と積分することで計算し、この仕事率は、各トレーニングセッションの総持
続時間にわたり、既知の仕事率に較正される。トレーニングセッションごとの総
仕事は、各トレーニングセッションの持続によって較正されたエルゴメータに表
示された仕事率を乗算することによってＣｏｎリカンベントエルゴメータに関し
て計算される。この検査を開始する２日前に、中間高さレベルで広筋外側から針
生検を行い、８週間の検査から１、２日後に筋線維の超微細構造および線維面積
を測定し終えた。毛細血管対線維の比は、電子顕微鏡写真による毛細血管断面お
よび線維断面により毛細血管および線維の数を計数することによって求めた。
【００２７】 ＥｃｃおよびＣｏｎサイクルエルゴメータトレーニング仕事負荷は、数週間の
トレーニングにわたりトレーニング運動強度が増大するにつれて段階的に増えた
。両グループは同じ％ＨＲｐｅａｋで運動を行い、トレーニング中のどの時点に
おいても両者間に著しい違いはなかった。しかし、図８に示したように、Ｅｃｃ
グループについての仕事の増加はＣｏｎグループよりも著しく大きかった。身体
についての自覚的運動は、ＥｃｃグループとＣｏｎグループの間に顕著な違いは
なかったが、図９に示したように、脚の自覚的運動は、８週間のトレーニング期
間にわたりＥｃｃグループにおいて著しく大きかった。図１０に示すように、左
脚についての等尺性強度の改善は、Ｅｃｃグループについてすべての週（第２週
は除く）で著しく大きかったが、Ｃｏｎグループにおいてはどの時点でも強度の
変化は何も見られなかった。Ｅｃｃグループについては、トレーニング前／トレ
ーニング後の右脚／左脚Ｘの有意な相互作用もあったが、Ｃｏｎグループについ
ては、何の相互作用も見られなかった。さらに、図１１に示すように、Ｅｃｃの
線維面積は、トレーニング後では著しく大きかったが、Ｃｏｎグループについて
は線維面積に何の変化もなかった。最終的に、Ｅｃｃの毛細血管対線維の比は、
線維の断面積に見られた増大に対応して、トレーニング後に有意に増加した（４
７％）が、Ｃｏｎグループでは有意に増加しなかった（図１２を参照のこと）。
【００２８】 この調査は、トレーニング運動強度が上昇し、初めの５週間にわたって両グル
ープについて等しくなり、次いで、さらに３週間維持される場合、Ｅｃｃグルー
プとＣｏｎグループとを比較した結果、総仕事として測定された筋力の発生に大
きな違いが見られることを示した。Ｅｃｃグループでのこの増大した力の発生は
、等尺性強度および線維のサイズの有意な増大を刺激したが、Ｃｏｎグループで
は等尺性強度および線維のサイズの有意な増大はいずれも起こらなかった。
【００２９】 本発明の方法および装置は、臨床的環境で用いられて、心臓血管系の酸素供給
能力に厳しい応力（ｓｔｒｅｓｓ）をかけることなく運動筋に大きな応力（１０
０Ｗを超える仕事負荷）を送達するＥｃｃ骨格筋パラダイムを可能にさせる。慢
性心不全および／または閉塞性肺疾患を患う患者は、本発明の方法および装置を
用いて、少なくとも各自の筋量を維持することができ、おそらくは、筋肉のサイ
ズおよび強度の増大が見られることさえある可能性がある。
【００３０】 上記の説明は、本発明の例示的な実施形態である。上記説明は、限定すること
を意図するものではなく、むしろ本明細書に記載された例示的な実施形態は、本
発明のいくつかの例示的な用途を記載しているにすぎないことが理解されるであ
ろう。併記の特許請求の範囲に記載した本発明の範囲から逸脱することなく、本
明細書で説明された構成要素およびステップに種々の変更、削除、および追加が
行われ得ることが理解され得る。
【図面の簡単な説明】
本発明を、同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面に関連して以下に説明
する。
【図１】 図１は、本発明による伸張性エルゴメータの側部立面および部分断面図である
。
【図２】 図２は、図１に示した本発明による伸張性エルゴメータの上面図である。
【図３】 図３は、図１および図２に示した伸張性エルゴメータを用いたトルク制御伸張
性運動トレーニングのために方法を示すフローチャートである。
【図４】 図４は、図１および図２に示した伸張性エルゴメータを用いたトルク制御伸張
性運動トレーニングのために方法を示すフローチャートである。
【図５】 図５は、従来の短縮性エルゴメータならびに図１および図２に示した伸張性エ
ルゴメータを用いての６週間のトレーニング訓練中において、全身および脚運動
の測定（値）ならびに総仕事および酸素消費（ｏｘｙｇｅｎ ｃｏｓｔｓ）を比
較した棒グラフである。
【図６】 図６は、従来の短縮性エルゴメータならびに図１および図２に示した伸張性エ
ルゴメータを用いての６週間のトレーニング訓練中および訓練後の、脚の痛みお
よび等尺性脚強度測定値を比較した棒グラフである。
【図７】 図７は、従来の短縮性エルゴメータならびに図１および図２に示した伸張性エ
ルゴメータを用いての８週間のトレーニング期間中において、最大心拍数によっ
て測定された伸張性トレーニング強度および短縮性トレーニング強度を比較した
棒グラフである。
【図８】 図８は、従来の短縮性エルゴメータならびに図１および図２に示した伸張性エ
ルゴメータを用いての８週間のトレーニング期間中に行われた伸張性仕事率およ
び短縮性仕事率を比較した棒グラフである。
【図９】 図９は、従来の短縮性エルゴメータならびに図１および図２に示した伸張性エ
ルゴメータを用いての８週間のトレーニング期間中の、Ｂｏｒｇスケールを用い
た、身体および脚についての自覚的運動強度を比較した棒グラフである。
【図１０】 図１０は、従来の短縮性エルゴメータならびに図１および図２に示した伸張性
エルゴメータを用いての８週間のトレーニング期間前、期間中、および期間後の
、等尺性膝伸展強度（ｉｓｏｍｅｔｒｉｃ ｋｎｅｅ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｓ
ｔｒｅｎｇｔｈ）の変化を比較したグラフである。
【図１１】 図１１は、従来の短縮性エルゴメータならびに図１および図２に示した伸張性
エルゴメータを用いての８週間のトレーニング期間前および期間後の、毛細血管
・線維の断面積を比較した棒グラフである。
【図１２】 図１２は、従来の短縮性エルゴメータならびに図１および図２に示した伸張性
エルゴメータを用いての８週間のトレーニング期間前および期間後の、毛細血管
と線維との比および毛細血管密度を比較した棒グラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホッペラー， ハンス スイス国 ツェーハー−3065 ボリゲン， フーナーブールライン 40

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 トルク制御伸張性運動トレーニングをヒト筋肉系に施す装置
    であって、以下： ａ）トルク移動を該ヒト筋肉系に適用する手段； ｂ）該筋肉系が該トルク移動に抗する際に生成する減速力データを表示する表
    示手段；および ｃ）該減速データを検出および処理して、該ヒト筋肉系への該トルク移動を調
    節する手段； を備える装置。
  2. 【請求項２】 前記トルク移動を適用する手段が、回転クランクに結合され
    る駆動モータを備え、該駆動モータがオン／オフ切替可能である、請求項１に記
    載の装置。
  3. 【請求項３】 前記駆動モータが、制御可能な回転数および最大２０００ワ
    ットの出力を有する電気モータを備える、請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記駆動モータのコントローラをさらに備え、該コントロー
    ラが前記表示手段に必要に応じて結合される、請求項２に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記コントローラが、前記駆動モータの動作条件を制御する
    ことにより、前記回転クランクの回転数、前記トルク移動の量、および前記回転
    クランクの所定トルク値における前記駆動モータの緊急停止の少なくとも１つを
    制御する、請求項４に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記コントローラが、測定モータデータと、前記検出手段に
    よって測定された変量との少なくとも１つを処理すること、前記駆動モータの動
    作条件を得るアルゴリズムで前記減速データを処理することが可能なコンピュー
    タプログラムを含む、請求項５に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記表示装置が、前記駆動モータの前記動作条件をさらに表
    示する、請求項５に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記駆動モータが、チェーン、歯付きベルト、またはカルダ
    ン軸の少なくとも１以上によって前記回転クランクに機械的に結合される、請求
    項２に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記駆動ホイールと前記回転クランクとの間に配置されて、
    前記回転クランクの均一な運動を確実にする少なくとも１つのフライホイールを
    備える、請求項２に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記駆動モータと前記フライホイールとの間に配置される
    少なくとも１つのアイドラをさらに備える、請求項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記駆動モータは、前記装置の使用者が前記装置の使用中
    にオン／オフ切替可能なオン／オフスイッチを備える、請求項２に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記トルク移動が前記ヒト筋肉系に適用されている間に使
    用者が座る調節可能なシートをさらに備える、請求項１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記駆動モータ、前記回転クランク、および前記シートが
    、互いに強固に固定される、請求項１１に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 請求項２に記載の装置を用いるトルク制御伸張性運動トレ
    ーニングのための方法であって、以下の工程； 前記回転クランクにおける動作パラメータを選択する工程； 検出した測定データを処理する工程； 前記駆動モータの動作条件をモニタリングする工程； 前記回転クランクにおける生成した減速力および動作パラメータを表示装置に
    表示する工程；および 選択した動作条件に従って前記駆動モータを制御する工程、 を包含する、方法。
  15. 【請求項１５】 運動筋のサイズおよび／または強度を増大する方法であっ
    て、以下の工程； 伸張性エルゴメータ装置を用いてトルク移動を前記筋肉に適用する工程；およ
    び 前記伸張性エルゴメータ装置を制御することによって、前記筋肉に適用される
    前記トルク移動を制御する工程、 を包含する、方法。
  16. 【請求項１６】 前記トルク移動を制御する工程が、以下の工程； ａ）前記筋肉が前記トルク移動に抗する際に生成する減速力データを感知する
    工程； ｂ）所望の結果を達成するためにパラメータおよびパラメータレベルを選択す
    る工程； ｃ）前記感知した減速力データと、前記選択したパラメータおよびパラメータ
    レベルとに基づきプログラム処方箋を作成する工程；および ｄ）前記プログラム処方箋に従って前記筋肉に適用される前記トルク移動を制
    御する工程、 を包含する、請求項１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記工程ｂから工程ｄが、異なるパラメータおよびパラメ
    ータレベルを用いて反復される、請求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記プログラム処方箋を将来の使用のために保存する工程
    をさらに包含する、請求項１６に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記パラメータおよびパラメータレベルを選択する工程が
    、前記所望の結果を達成するために必要な所望のパラメータの値および範囲を算
    出する工程を包含する、請求項１６に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記伸張性エルゴメータ装置の緊急停止を用いる工程をさ
    らに包含する、請求項１５に記載の方法。
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