子供の頃、鏡の前に立って肘を曲げて筋肉の大きさを確認したことがあるかもしれません（最近これをやったことがあるのでしょうか？). あなたの筋肉を引き締めるほど、見た目は大きくなります。 しかし、もちろん、筋肉は実際に大きくなることはありません、それはちょうどその真ん中について膨らみます。 筋肉は力が加えられるときわずかに伸びるばねそっくりの腱に付すので短く、結果として膨らみますことができます。 では、筋肉が短くなるとなぜ筋肉が膨らみますか？ 筋肉量は収縮に伴って変化しない。 水気球の端を一緒に絞ることを考慮し、水が気球を脱出しないと仮定すれば、中間で膨らみます。 これは私たちの筋肉で起こることですが、筋肉の膨らみの仕方は、筋繊維がどのように配置され、弾性結合組織を介して骨にどのように接続するかを 私たちは、筋肉のデザインがどのように進化してきたかに興味を持っており、筋肉が膨らんだり形を変えたりする方法は、実際に歩く、走る、ジャンプなどの日常的な仕事でパフォーマンスを向上させる可能性があります。
私たちは、筋肉の膨らみが筋肉内の結合組織が筋肉に沿って伸び、力を伝達する方法にどのように影響するかに特に興味があります。 筋線維は弾性結合組織に付着する。 この組織のいくつかは、腱鞘炎を形成し、筋肉自体の中に座っています。 腱膜症はしばしば筋肉に沿って走り、腱に接続し、最終的に筋肉から骨格に力を伝達する。 筋繊維が力を発生させるとき腱膜および腱を伸ばすためにこれは機能します。 これらのティッシュの伸張はエネルギーを吸収し、終わる伸張および損傷から筋肉を保護します。 それはまた、蓄積された弾性エネルギーを使用して身体または四肢を推進することによってカタパルトのように作用することができる。 腱は一般的に弾性バンドのように振る舞うと考えられているが、我々は腱膜がどのように伸びるかについてはるかに少ない知っている。 筋肉の長さに沿って、また収縮の間に横方向に伸びるかもしれないことが提案されました。 これは収縮の間に筋肉を堅くするために機能するかもしれません。 現在のところ、これを示した動物の研究はごくわずかです。
人間の筋肉の膨らみをどのように測定するのですか？
人間の筋肉が三次元的にどのように収縮するかを理解するためには、収縮中の筋肉をイメージングする方法が必要です。 特に磁気共鳴画像法（MRI）のような技術を使用して、筋肉の三次元幾何学を画像化する多くの方法があります。 しかし、これらの技術の一つの制限は、彼らが測定を行うために時間がかかるので、収縮中に筋肉をイメージすることは困難であるということです。 私たちは、MRIの安全で手頃な価格の代替品である超音波イメージングを使用して、筋肉が収縮するときに筋肉を画像化しました。 私たちは、筋肉の長さにわたって画像スライスを取り、3Dでこれらを一緒に積み重ねます。 したがって、異なるレベルの力で保持される収縮中に筋肉および腱膜がどのように形状を変化させるかを見ることができる。 我々は最近、これを使用して、収縮中に前脛骨筋がどのように膨らんでいるかを示している。 （前脛骨筋は、足を持ち上げるあなたの下肢の主な筋肉です。)
何が見つかりましたか？
前脛骨筋が収縮すると、途中で広くなることは驚くことではありません。 しかし、興味深いのは、筋肉が幅ではなく厚さで主に膨らんだということでした。 厚さの変化は、筋繊維が回転することができ、繊維に必要な短縮量が制限され、収縮のエネルギーコストが潜在的に削減されることを意味した。 また，筋肉が収縮して力を発生させると，筋肉内の腱膜が両方向に引き伸ばされることが分かった。 これは、力が増加するにつれて結合組織がより硬くなることを意味した。
前脛骨筋（A）および中枢腱膜症（B）の3D幾何学的形状および筋肉を通る断面を示す筋肉の長軸に沿った再構成された超音波画像（C）（Raiteri、2016）。
意義と意味
収縮中の筋肉形状の変化を理解することは、健常者および臨床集団の両方における人間の機能および性能を理解するために重要 筋肉が長さを変える方法は、使用するエネルギーの量に影響を与え、組織が伸びる方法は怪我の可能性を変えます。 収縮の間の筋肉の有効な剛さはまた私達の接合箇所がいかに動けるか影響を与えます。 神経学的状態（例えば、脳卒中または脳性麻痺）のために運動障害が発生した場合、筋肉はより硬くなるように適応することがあり、筋肉の幾何学的形状 したがって、筋肉の構造とその機能の両方を理解し、いくつかの運動障害を理解し、人間のパフォーマンスを向上させることが重要です。
出版物
Raiteri BJ,Cresswell AG,Lichtwark GA(2016). ヒト前けい骨筋とその中心腱鞘炎の三次元幾何学的変化は、等尺性収縮中に三次元超音波で測定しました。 PeerJ4:e2260. ドイ:10.7717/peerj.2260
筋特性の測定を扱う他の投稿については、
Muscleを参照してください: Arkiev D’Souza
によってその構造を研究する新しい方法人間の筋肉の束：超音波と拡散テンソル画像は何を明らかにすることができますか？