受動ステッピング中の下肢筋活動時空間パターンによる脊髄損傷者の歩行機能評価
脊髄損傷者の麻痺下肢にステッピング運動を与えると、歩行周期に同調した筋活動（歩行様筋活動）が生じる。この活動は歩行運動の発現に関わる脊髄神経回路網を介した出力であることが明らかにされている。本研究では、脊髄損傷者44名から得た歩行様筋活動を集約解析し、歩行機能の評価手法としての有効性を検証した。ロボット型歩行装置を用いて全ての対象者に統一の受動ステッピング運動を実施し、左右下肢各7筋群から記録した筋活動とその支配髄節の関係性から時空間パターン（髄節×活動位相）を得た。支配髄節を腰髄上位、腰髄下位、仙髄、歩行運動の位相を立脚期前半、立脚期後半、遊脚期に区分し、各髄節と歩行位相における活動レベルを...
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| Published in | 神経理学療法学 Vol. 2; no. 1; pp. 12 - 23 |
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| Main Authors | , , , |
| Format | Journal Article |
| Language | Japanese |
| Published |
一般社団法人 日本神経理学療法学会
31.03.2023
|
| Subjects | |
| Online Access | Get full text |
| ISSN | 2758-0458 |
| DOI | 10.57353/jsnpt.2.1_12 |
Cover
| Abstract | 脊髄損傷者の麻痺下肢にステッピング運動を与えると、歩行周期に同調した筋活動（歩行様筋活動）が生じる。この活動は歩行運動の発現に関わる脊髄神経回路網を介した出力であることが明らかにされている。本研究では、脊髄損傷者44名から得た歩行様筋活動を集約解析し、歩行機能の評価手法としての有効性を検証した。ロボット型歩行装置を用いて全ての対象者に統一の受動ステッピング運動を実施し、左右下肢各7筋群から記録した筋活動とその支配髄節の関係性から時空間パターン（髄節×活動位相）を得た。支配髄節を腰髄上位、腰髄下位、仙髄、歩行運動の位相を立脚期前半、立脚期後半、遊脚期に区分し、各髄節と歩行位相における活動レベルを定量化した。分析の結果、①荷重の有無は脊髄完全損傷、不全損傷のいずれにおいても立脚期の仙髄レベルの筋活動を増加させること、②脊髄不全損傷者では随意指令を与えることで歩行様筋活動が増加すること、加えて、③健常者の歩行中には観察されない脊髄損傷の病態に由来する特異的な活動が定量可能であることが明らかとなった。本手法は、麻痺の程度や範囲によらず同一の下肢歩行動作を行わせることで、健常者における歩行中の下肢筋群の活動位相と類似した機能的な活動と健常者では想定されない伸張反射などの脊髄反射に由来すると考えられる脊髄損傷固有の活動を評価できる可能性があり、評価時点では歩行が困難な症例の潜在的歩行能力の把握や再生医療リハビリテーションの効果検証を行う上での有効な評価手法となる可能性が示唆された。 |
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| AbstractList | 脊髄損傷者の麻痺下肢にステッピング運動を与えると、歩行周期に同調した筋活動（歩行様筋活動）が生じる。この活動は歩行運動の発現に関わる脊髄神経回路網を介した出力であることが明らかにされている。本研究では、脊髄損傷者44名から得た歩行様筋活動を集約解析し、歩行機能の評価手法としての有効性を検証した。ロボット型歩行装置を用いて全ての対象者に統一の受動ステッピング運動を実施し、左右下肢各7筋群から記録した筋活動とその支配髄節の関係性から時空間パターン（髄節×活動位相）を得た。支配髄節を腰髄上位、腰髄下位、仙髄、歩行運動の位相を立脚期前半、立脚期後半、遊脚期に区分し、各髄節と歩行位相における活動レベルを定量化した。分析の結果、①荷重の有無は脊髄完全損傷、不全損傷のいずれにおいても立脚期の仙髄レベルの筋活動を増加させること、②脊髄不全損傷者では随意指令を与えることで歩行様筋活動が増加すること、加えて、③健常者の歩行中には観察されない脊髄損傷の病態に由来する特異的な活動が定量可能であることが明らかとなった。本手法は、麻痺の程度や範囲によらず同一の下肢歩行動作を行わせることで、健常者における歩行中の下肢筋群の活動位相と類似した機能的な活動と健常者では想定されない伸張反射などの脊髄反射に由来すると考えられる脊髄損傷固有の活動を評価できる可能性があり、評価時点では歩行が困難な症例の潜在的歩行能力の把握や再生医療リハビリテーションの効果検証を行う上での有効な評価手法となる可能性が示唆された。 |
| Author | 高村, 優作 愛知, 諒 河島, 則天 彦坂, 幹斗 |
| Author_xml | – sequence: 1 fullname: 河島, 則天 organization: 国立障害者リハビリテーションセンター研究所 運動機能系障害研究部 – sequence: 1 fullname: 高村, 優作 organization: 国立障害者リハビリテーションセンター研究所 運動機能系障害研究部 – sequence: 1 fullname: 彦坂, 幹斗 organization: 国立障害者リハビリテーションセンター研究所 運動機能系障害研究部 – sequence: 1 fullname: 愛知, 諒 organization: 茨城県立医療大学大学院保健医療科学研究科 |
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| References | 17) Yakovenko S, Mushahwar V, et al.: Spatiotemporal activation of lumbosacral motoneurons in the locomotor step cycle. Journal of neurophysiology. 2002; 87 (3) : 1542-1553. 8) Dimitrijevic MR, Gerasimenko Y, et al.: Evidence for a spinal central pattern generator in humans. Ann NY Acad Sci. 1998; 860: 360-376. 26) Kamibayashi K, Nakajima T, et al.: Facilitation of corticospinal excitability in the tibialis anterior muscle during robot-assisted passive stepping in humans. Eur J Neurosci. 2009; 30: 100-109. 10) Ferris DP, Gordon KE, et al.: Muscle activation during unilateral stepping occurs in the nonstepping limb of humans with clinically complete spinal cord injury. Spinal Cord. 2004; 42: 14-23. 28) Heald E, Hart R, et al.: Characterization of volitional electromyographic signals in the lower extremity after motor complete spinal cord injury. Neurorehabilitation and neural repair. 2017; 31 (6) : 583-591. 13) Dietz V, Müller R, et al.: Locomotor activity in spinal man: significance of afferent input from joint and load receptors. Brain. 2002; 125: 2626-2634. 14) Harkema SJ, Hurley SL, et al.: Human lumbosacral spinal cord interprets loading during stepping. Journal of neurophysiology. 1997; 77: 797-811. 19) Colombo G, Wirz M, et al.: Driven gait orthosis for improvement of locomotor training in paraplegic patients. Spinal Cord. 2001; 39: 252-255. 20) Sekiya N, Nagasaki H, et al: The invariant relationship between step length and step rate during free walking. J Human Movement Studies. 1996; 30: 241-257. 31) 河島則天，愛知諒,他 : 脊髄損傷者の歩行機能改善のためのリハビリテーション治療—臨床におけるロボティクス活用の意義—. リハビリテーション医学. 2020; 57 (5) : 399-403. 7) Calancie B, Needham-Shropshire B, et al.: Involuntary stepping after chronic spinal cord injury. Evidence for a central rhythm generator for locomotion in man. Brain. 1994; 117: 1143-1159. 15) Kawashima N, Nozaki D, et al.: Alternative leg movements contribute to amplify locomotor-like muscle activity in spinal cord injured patients.Journal of neurophysiology. 2005; 93: 777-785. 11) Gorassini MA, Norton JA, et al.: Changes in locomotor muscle activity after treadmill training in subjects with incomplete spinal cord injury. Journal of neurophysiology. 2009; 101 (2) : 969-979. 12) Dietz V, Colombo G, et al.: Locomotor activity in spinal man. Lancet. 1994; 344: 1260-1263. 29) 河島則天，一寸木洋平,他 : 慢性期脊髄損傷者の歩行機能回復に向けた新しいリハビリテーションストラテジー. 脊椎脊髄ジャーナル. 2016; 29 (4) : 469-474. 3) Scivoletto G, Tamburella F, et al.: Who is going to walk? A review of the factors influencing walking recovery after spinal cord injury. Frontiers in Human Neuroscience. 2014; 8: 141. 22) Wagner, FB, Mignardot JB, et al.: Targeted neurotechnology restores walking in humans with spinal cord injury. Nature. 2018; 563 (7729) : 65-71. 6) Burns AS, Delparte JJ, et al.: The reproducibility and convergent validity of the walking index for spinal cord injury (WISCI) in chronic spinal cord injury. NeurorehabilNeural Repair. 2011; 25 (2) : 149-157. 18) Kendall FP, McCreary EK, et al.: Muscles: Testing and Function. Baltimore, MD: Williams and Wilkins, 1993. 25) Nakazawa K, Kawashima N, et al.: On the reflex co-activation of ankle flexor and extensor muscles induced by a sudden drop of support surface during walking in humans. J Appl Physiol. 2004; 94: 604-611. 27) Adams MM, Hicks AL, et al.: Spasticity after spinal cord injury. Spinal cord. 2005; 43: 577-586. 5) Dobkin BH, Apple D, et al.: Weight-supported treadmill vs over-ground training for walking after acute incomplete SCI. Neurology. 2006; 6: 484-493. 4) Raineteau O, Schwab ME. Plasticity of motor systems after incomplete spinal cord injury. Nat Rev Neurosci. 2001; 2: 263-273. 23) Calancie B, Needham-Shropshire B, et al.: Involuntary stepping after chronic spinal cord injury. Evidence for a central rhythm generator for locomotion in man. Brain. 1994; 117: 1143-1159. 1) World Health Organization, The International Spinal Cord Society. International Perspectives on Spinal Cord Injury. 2013. 16) Ivanenko, YP, Poppele, RE, et al.: Spinal cord maps of spatiotemporal alpha-motoneuron activation in humans walking at different speeds. Journal of neurophysiology. 2006; 95 (2) : 602-618. 21) Cohen, J. Statistical Power Analysis for the Behavioral Sciences. Lawrence Erlbaum Associates. 1988. 9) Dobkin BH, Harkema S, et al.: Modulation of locomotor-like EMG activity in subjects with complete and incomplete spinal cord injury. J Neuro Rehab. 1995; 9: 183-190. 2) Miyakoshi N, Suda K, et al.: A nationwide survey on the incidence and characteristics of traumatic spinal cord injury in Japan in 2018. Spinal Cord.2021; 59: 626-634. 24) Dimitrijevic MR, Gerasimenko Y, et al.: Evidence for a spinal central pattern generator in humans. Ann NY Acad Sci. 1998; 860: 360-376. 30) 河島則天，緒方徹 : 脊髄損傷者の歩行機能回復に向けた新しいビジョン—神経の再生・修復から歩行機能回復まで—. 脊髄外科. 2013; 27 (2) : 125-129. |
| References_xml | – reference: 4) Raineteau O, Schwab ME. Plasticity of motor systems after incomplete spinal cord injury. Nat Rev Neurosci. 2001; 2: 263-273. – reference: 18) Kendall FP, McCreary EK, et al.: Muscles: Testing and Function. Baltimore, MD: Williams and Wilkins, 1993. – reference: 29) 河島則天，一寸木洋平,他 : 慢性期脊髄損傷者の歩行機能回復に向けた新しいリハビリテーションストラテジー. 脊椎脊髄ジャーナル. 2016; 29 (4) : 469-474. – reference: 21) Cohen, J. Statistical Power Analysis for the Behavioral Sciences. Lawrence Erlbaum Associates. 1988. – reference: 2) Miyakoshi N, Suda K, et al.: A nationwide survey on the incidence and characteristics of traumatic spinal cord injury in Japan in 2018. Spinal Cord.2021; 59: 626-634. – reference: 31) 河島則天，愛知諒,他 : 脊髄損傷者の歩行機能改善のためのリハビリテーション治療—臨床におけるロボティクス活用の意義—. リハビリテーション医学. 2020; 57 (5) : 399-403. – reference: 8) Dimitrijevic MR, Gerasimenko Y, et al.: Evidence for a spinal central pattern generator in humans. Ann NY Acad Sci. 1998; 860: 360-376. – reference: 28) Heald E, Hart R, et al.: Characterization of volitional electromyographic signals in the lower extremity after motor complete spinal cord injury. Neurorehabilitation and neural repair. 2017; 31 (6) : 583-591. – reference: 23) Calancie B, Needham-Shropshire B, et al.: Involuntary stepping after chronic spinal cord injury. Evidence for a central rhythm generator for locomotion in man. Brain. 1994; 117: 1143-1159. – reference: 22) Wagner, FB, Mignardot JB, et al.: Targeted neurotechnology restores walking in humans with spinal cord injury. Nature. 2018; 563 (7729) : 65-71. – reference: 25) Nakazawa K, Kawashima N, et al.: On the reflex co-activation of ankle flexor and extensor muscles induced by a sudden drop of support surface during walking in humans. 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| SubjectTerms | 受動ステッピング 歩行様筋活動 脊髄損傷 |
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