JP6341898B2 - 電気刺激電極付き多連カフ - Google Patents

Description

従来より筋力を強化する方法として、筋肉の随意的な収縮による抵抗運動や、等尺性収縮、および等速性収縮運動などが行われてきた。

しかし、筋肉の随意的な収縮なしでも、筋肉へ電気刺激（Electric Muscle Stimulation：以下「ＥＭＳ」という）を与えることにより、筋力の増強化ができることが知られ、スポーツ選手に使用されている（下記非特許文献１参照）。

この発明は、電気刺激装置を用いてトレーニングを行うときに、運動者の四肢筋肉の心臓に近い側に緊締具を巻き付けて、四肢の静脈還流を制限した状態でトレーニングを行う四肢の筋力を増強するに関する。

高齢者や慢性疾患を有する患者の移動能力が低下するロコモーテイブシンドローム（運動器症候群）は、メタボリック症候群の悪化や加齢性筋減弱症を経て発症し、認知機能の低下とともに、負の連鎖のもとに寝たきり、要介護状態に至ることが広く知られている。

高齢者や慢性疾患を有する患者は，自らの筋力でトレーニングをすることは困難であるので、電動式手足トレーニング装置による受動的な運動器具や、ＥＭＳ運動器具が販売されている。

筋力強化法として、特許文献１に、加圧トレーニング方法が開示されているが、静脈還流制限のために、これらの高齢者や慢性疾患者では，緊締ベルトを巻き付けて締め付けることは困難であり、締め付けた状態におけるトレーニングは不可能である。

本特許出願の発明者らが被験者を用いてＥＭＳを行ったところ、全く筋力は増強されないことが明らかになった。

同様に本特許出願の発明者らが上記被験者を用いて四肢の心臓に近い側に緊締具を用いて、血流制限状態を数分間保持しても、筋肉に負荷をかけなければ、全く筋力は増強されないことが明らかになった。

特許第２６７０４２１号公報 特願２０１４−０５２８６号 特許第５５９９３７０号公報

浦辺幸夫著「電気刺激による大腿四頭筋強化」理・作・療法・１８巻１２号・１９８４年１２月号、８７７〜８８３頁

筋力増強は、自からが意識し、能動的トレーニングが必要であることは広く知られている。しかし、上記例示したように高齢者や慢性疾患者の筋力増強をするために、自らの筋力で、能動的な運動を行うことは困難である。

ＥＭＳによる筋力増強は、電流を上げることにより、アスリートでは筋量増強はできることが一般的に知られている。しかし、この電流を上げた状態では皮膚面がピクピクするという感じが強く違和感があり、また痛みもあるので、高齢者や一般人に同じ刺激を与えることは不可能である。一般の人が耐え得ることができる電気刺激のみでは筋力の増強を図ることはではない。

加圧トレーニング用のベルトは高齢者や慢性疾患者の筋量が低下している、または筋肉がほとんどない四肢に緊締具のベルトによって血流制限状態にするには、痛みが発生し使用することは困難である。

筋肉量が低下している四肢の血流を制限した状態を作るために、空気袋(血圧計マンセットに類似したカフ)を用いた静脈還流制限カフ(特許文献２)を用いると痛みがなく血流制限は可能であるが、数分間この状態を保持しても筋力増強を図ることはできない。

この発明の筋力増強方法は、ＥＭＳ電極と被験者の四肢に静脈還流制限カフを装着し、血流制限状態を特許文献３の静脈還流制限状態設定装置を用いて適正圧を設定する。

前記ＥＭＳの電極を特許文献２に記載のカフに取り付け被験者の下肢の心臓に近い部位に装着し、適正圧の状態を維持し運動は行わせない。

この様な形態で２週間、週５日、時間１回２３分間の負荷を与えた。
トレーニング前、トレーニング後の大腿部筋肉厚を超音波診断装置のＢモード法で計測した。また、等尺性最大筋力をＢｉｏｄｅｘ Ｓｙｓｔｅｍ４を用いて、膝関節伸張筋群の等尺性最大筋力を計測した。

本出願の発明者らによると上記形態トレーニングで大腿部筋肉厚は増し、膝関節伸張筋群の等尺性筋力が有意な増加をした結果を得ている。

筋肉は遅筋線維と速筋線維から構成されている。大きな筋力は速筋線維の活動で発揮され、筋肥大も速筋線維が大きくなることで現れる。

通常最大筋力の約４０％以下では遅筋線維が活動し、速筋線維は活動しないので、筋肥大も筋力増強もしない。ＥＭＳのみでは、刺激が大であれば速筋線維も活動するが、一般人や高齢者が絶え得る刺激では遅筋線維のみの刺激で、速筋線維の活動までの電気刺激になっていないために筋肥大や筋力増強ができないのである。

ＥＭＳと血流制限を同時に行うと筋肥大や筋力増強が生じる理由は、サイズの理論により、血流制限で筋肉内が酸素不足になり遅筋線維が活動できなくなり、軽い刺激でも速筋線維が活動するためであると考えられる。

電気治療器には、医療用と家庭用があり、治療の目的で異なる。多種類の電気治療器があり、単なる皮膚表面のみに刺激を与えるものから、中周波数の電磁波を干渉させて痛みのある部位を温めて治療をするもの、スポーツ選手等で長時間微量の電流を与えて筋肉疲労を取る方法で用いる装置がある。

筋肉内まで電気刺激を与えるためには、２,０００Hz以上の中周波数を搬送波として用い、約５０Ｈｚの低周波で変調させて、低周波の刺激を筋肉に与える方法等がある。目的により、電気刺激、治療方法を行う機器を製造している多くのメーカがあり、多くの機種が販売されている。

この発明の電気刺激電極付き多連カフは、複数本の布製のチューブと、この複数本の布製のチューブを平行に配列して連結させる連結布と、上記各布製のチューブの中間部にそれぞれ挿入した上記布製のチューブより短い複数本のゴム製チューブと、上記各布製のチューブの両端同士をそれぞれ固定してループを形成する固定手段と、上記複数本の各ゴム製チューブを連通させ、その連通部に設けられて加圧ポンプを着脱するプラグとを具備する多連カフにおいて、上記連結布に人体と接触する１対の通電電極を間隔をあけて設け、低周波電源装置よりリード線を介して上記１対の通電電極へ刺激用電圧を印加するものである。

筋力強化法として、加圧トレーニング方法が知られているが、静脈還流制限のために、これらの高齢者や慢性疾患者では、緊締ベルトを巻き付けて締め付けることは困難であり、締め付けた状態におけるトレーニングは不可能である。

ＥＭＳによる筋力増強は、電流を上げることにより、アスリートでは筋量増強はできることが一般的に知られている。しかし、この電流を上げた状態では皮膚面がピクピクするという感じが強く違和感があり、また痛みもあるので、高齢者や慢性疾患者に同じ刺激を与えることは不可能である。慢性疾患者が耐え得ることができる電気刺激のみでは筋力の増強を図ることはではない。

このように、高齢者や慢性疾患者では、筋量、筋力の低下を防止させるトレーニング方法等は見当たらない。しかし、電気刺激電極付き多連カフを用いて、血流制限状態で低周波ＥＭＳによる軽度の刺激を行うことにより、高齢者や慢性疾患者の筋量、筋力の維持向上を図ることができる。

この発明の電気刺激電極付き多連カフに用いる連結布で縫い合わせた３本の細長い布製チューブを示す内側の平面図、 この発明の電気刺激電極付き多連カフに用いる連結布で縫い合わせた３本の細長い布製チューブを示す外側の平面図、 多連カフを構成するチューブを組み立てる手順を示す平面図、 ３本の布製チューブの袋部分にそれぞれ挿入するゴム製チューブ３を示す平面図、 通電電極の一例を示す斜視図および断面図、 この発明の電気刺激電極付き多連カフを大腿部に装着した状態を示す図である。

この発明の電気刺激電極付き多連カフは、図１の内側の平面図および図２の外側の平面図に示すように、それぞれ平行に、且つ等間隔に配置した３本の細長い布製チューブ10と、これら３本の細長い布製チューブ10に縫い合わせて、３本の細長い布製チューブ10を平行に、且つ等間隔に保持する１枚の連結布２とを備えている。

なお、図１の平面図に示すように、上腕部および／または大腿部に巻き付けたときに、人体の皮膚に接する面を以下「内側の面」という。また、図２の平面図に示すように、上腕部および／または大腿部に巻き付けたときに、人体に接することなく外側に露出する面を以下「外側の面」という。

図３（ａ）の平面図に示すように、３本の細長い各布製チューブ10は、中間部を仕切る２本の縫い目13、14を形成して、その両側に第１の袋部分11および第２の袋部分12を形成する。第１の袋部分11および第２の袋部分12の両端部は開放している。

布製チューブ10の中間部を仕切る２本の縫い目13、14の間には平坦面15が形成され、この平坦面15は、通電電極を貼り付けて支持する平坦面として利用する。

そして、第１の袋部分11および第２の袋部分12には、縫い目13、14の両外側の近傍に、それぞれ小穴16が開けられており、この小穴16は、第１の袋部分11および第２の袋部分12の中にゴム製チューブ３を挿入したとき、ゴム製チューブ３から引き出された吸排気用の細いチューブ31をそれぞれ挿通するための小穴である。

第１の袋部分11および第２の袋部分12に挿入する６本の各ゴム製チューブ３は、すべて同じ形状であって、血圧計のカフに用いられているものと同様のものを使用する。図４の平面図に示すように、吸排気用の細いチューブ31が一端の角部近傍の側面から引き出され、後端部を閉じた偏平で細長いゴム袋である。

図３（ｂ）に示すように、両端が開口された第１の袋部分11および第２の袋部分12の両端開口より細いチューブ31を先頭にしてゴム製チューブ３を挿入し、ゴム製チューブ３より引き出された細いチューブ31を、第１の袋部分11および第２の袋部分12の各小穴16を経て外側へ引き出しながら、ゴム製チューブ３を挿入する。

そして、第１の袋部分11においては、ゴム製チューブ３の後端部側にバックル18を取り付けるとともに第１の袋部分11を閉じる。第２の袋部分12においては、ゴム製チューブ３の後端部側を縫い合わせて、開口を縫い目17により閉じる。

このとき、図３（ｃ）に示すように、第２の袋部分12において、挿入したゴム製チューブ３の後端より少し離れた部位に縫い目17を形成することにより、ベルトとなる平坦部19を形成する。このベルトとなる平坦部19の長さは、長中短と長さが異なる３種類のものを作る。

そして、図３（ｄ）に示すように、カフを構成する３本の細長い布製チューブ10の外側の面は、２本の縫い目13、14で形成される平坦面15およびベルト部分19の先端から一定長さＬの部分を除くほぼ全面に、マジックテープ（登録商標）のループ面52が貼り付けられている。ベルト部分16の先端部から一定長さＬの部分には、マジックテープ（登録商標）のフック面51が貼り付けており、ループ面52およびバックル18とともに固定手段を形成している。

そして、図１の平面図に示すように、ベルト部分19の長さが長中短と異なる３本の細長い布製チューブ10を長中短の順に平行に並べて、２本の縫い目13、14で形成された平坦面15と重なるように連結布２を配置し、３本の布製チューブ10の両側部に沿って連結布２と縫い合わせて縫い目21を形成することにより、３本の細長い布製チューブ10を１枚の連結布２により平行に支持させる。

図２の平面図に、連結布２の外側部分を示すように、第１の袋部分11および第２の袋部分12に挿入された６本のゴム製チューブ３から、小孔16を経て６本の通気用の細いチューブ31が引き出されているので、これら６本の通気用の細いチューブ31を５つの三方継手32を用いてトーナメント図状に結合する。

このようにトーナメント図状に結合することにより、６本のゴム製チューブ３を互いに連通させるとともに、１つの吸排気口33を形成することができる。この吸排気口33に逆止弁を備えたプラグ34を結合して終端させる。

このように構成された電気刺激電極付き多連カフにおいて、図１および図２に示すように、連結布２は、３本の細長い布製チューブ10を平行に、かつ、等間隔に支持するとともに、筋肉へ電気刺激を与える１対の電極６をそれぞれ２つの平坦面15によって支持するものである。そして、この平坦面15には、穴かがりミシンを用いてボタン穴と同様な貫通穴22が開けられて、リード線を挿通するように構成されている。

生体電極パッドとしては、従来より多くの機種が販売されている。例えば、図５の斜視図（ａ）および断面図（ｂ）に示すように、上層より下層に向けて順に絶縁性樹脂フィルム61、導電性カーボン層62、粘着性導電ゲル層63、補強部材層64、粘着性導電ゲル層65が積層されており、内部で粘着性導電ゲル層63の中に導電性樹脂フィルム66が埋設され、これより導電スナップ・オス67が突出させており、本体とリード線で接続されるスナップ・メスを嵌め合わせルように構成されたものを使用することができる。

また、図５（ｃ）に示すように、リード線71の先端部の被覆を剥がして芯線72を露出させ、図５（ｄ）の断面図に示すように、この芯線72を粘着性導電ゲル層63の中に埋設して、このリード線71を外部に引き出した生体電極パッドも販売されている。

このような従来より販売されている生体電極パッドは、その粘着性導電ゲル層を皮膚に貼り付けて使用している。しかし、この発明の電気刺激電極付き多連カフにおいては、両面粘着テープを介して多連カフの連結布２の通電電極貼付用の平坦面15に貼り付けて一体化することにより、多連カフを四肢に巻装するときに、間隔をあけて一対の通電電極を同時に装着することができる。

この通電電極は、上層の絶縁性樹脂フィルム61を両面粘着テープを介して多連カフの平坦面15に予め貼り付ける。そのとき、スナップ・オス67を連結布２および細長い布製チューブ10を貫通させた貫通穴22から外側に突出させておく。

このように連結布２および細長い布製チューブ10から突出した２つのスナップ・オス67に対して、スナップ・メスを嵌め合わせて、リード線71を介して低周波電源装置７（図６参照）より２,０００Hz以上の周波数を搬送波とし、約５０Ｈｚの低周波で変調させた低周波電圧を印加するのである。

このように構成された多連カフ１は、上腕部または大腿部に巻き付けて使用するもので、上腕部または大腿部を一つの区画として、連結布２により分岐された３本のカフ１のうち、中央のカフのベルト部分をバックル18に通して折り返して、固定手段（マジックテープ（登録商標））により固定し、次に両外側のカフを巻き付けて固定手段により固定する。

このように構成された多連カフ１は、３本のカフを上腕部または大腿部に巻き付けるとき、巻き付ける部位の周径に合わせて必要な長さだけ巻きつけ、バックル18に通して折り返し、マジックテープ（登録商標）のフック面51およびループ面52を貼り合わせて固定する。

そして、プラグ34をソケット43に結合して、加圧ポンプ４よりゴム製のチューブ３に空気を入れると、連通した６本のゴム製のチューブ３をすべて同じ圧力に加圧することができる。加圧が完了すると、低周波電源装置を動作させて低周波電圧の印加を開始するのである。

図６に示すように、プラグ34は、ソケット43を介して加圧ポンプ４を結合したり取り外したりするものであって、細いチューブ31および三方継手32を介して各ゴム製チューブ３に空気を入れたのち、プラグ34をソケット43から取り外してポンプ４を外す。そして、各ゴム製チューブ３の空気を排気する際には、プラグ34をソケット43に再度結合して、加圧ポンプ４の排気弁（図示せず）を開放することにより空気を抜くものである。

加圧ポンプ４は、圧力計41と、ゴム製の送気球42と、排気弁（図示せず）とにより構成されており、排気弁を閉じた状態で、送気球42を握る動作・離す動作を繰り返すことにより、ゴム製チューブ３に加圧空気を送り込むものであり、そのときのゴム製チューブ３の圧力は圧力計41で表示される。なお、加圧ポンプには電動ポンプを用いてもよいのである。

なお、この発明の電気刺激電極付き多連カフにおける通電電極は、使用後に皮膚に接した導電性粘着面65に離型紙などを貼り付けて保護しておくと頻回の使用に供することができる。

１ 多連カフ
10 布製チューブ
11 第１の袋部分
12 第２の袋部分
13、14 縫い目
15 平坦面
16 小穴
17 縫い目
18 バックル
19 ベルト
２ 連結布
21 縫い目
３ ゴム製チューブ
31 細いチューブ
32 三方継手
33 カプラー
34 プラグ
４ 加圧ポンプ
41 圧力計
42 送気球
43 ソケット
51 マジックテープ（登録商標）のフック面
52 マジックテープ（登録商標）のループ面
６ 通電電極
７ 低周波電源装置
71 リード線
72 芯線

Claims (1)

1. 複数本の布製のチューブと、
   上記複数本の布製のチューブを平行に配列して連結させる連結布と、
   上記各布製のチューブの中間部にそれぞれ挿入した上記布製のチューブより短い複数本のゴム製チューブと、
   上記各布製のチューブの両端同士をそれぞれ固定してループを形成する固定手段と、
   上記複数本の各ゴム製チューブを連通させ、その連通部に設けられて加圧ポンプを着脱するプラグとを具備する多連カフにおいて、
   上記連結布に人体と接触する１対の通電電極を間隔をあけて設け、低周波電源装置よりリード線を介して上記１対の通電電極へ刺激用電圧を印加することを特徴とする電気刺激電極付き多連カフ。

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