神経学的解釈と運動学的解釈...神経学的解釈と運動学的解釈神経系専門理学療法士梅田匡純京丹後市立弥栄病院リハビリテーション科

神経学的解釈と運動学的解釈

神経系専門理学療法士梅田匡純京丹後市立弥栄病院リハビリテーション科

理学療法士講習会応用編「脳卒中歩行病態の評価と３Ｄ下肢装具療法」平成26年7月19・20日 (株）リハライフ

2005.10 第2回PKAFO療法講習会参加

.12 １症例目回復期脳梗塞左片麻痺

2006. 5 ２症例目回復期脳出血右片麻痺 10m歩行5秒

この間８週間 Kyotango City Yasaka Hospital



2006. 5 ２症例目回復期脳出血右片麻痺 10m歩行5秒

. 8 ３症例目維持期脳出血左片麻痺

この間３週間 Kyotango City Yasaka Hospital

生活自立

歩行自立レベル

近位監視歩行レベル

車いす・歩行レベル

車いすレベル

発症 1年 1年８ヶ月２年経過期間

６７秒／１０ｍ３８歩

８０秒／１０ｍ４１歩

１４秒／１０ｍ２２歩

開始約３週間で歩行自立

１１秒／１０ｍ１９歩

入院・通所などでの回復過程 PKAFO療法

歩行自立度

Kyotango City Yasaka Hospital

維持期脳卒中症例の車いすからの脱却

脳卒中のリハビリテーション

認知運動療法

Ｂｏｂａｔｈ

ＰＮＦ

ＣＩMT

BWSTT

TMS ほか

解剖学

神経生理学

運動学

系統発生学

発達学

心理学

ほか

神経生理学的根拠に基づいたアプローチ


本日の主な論点

理論的背景は定まってきているが…

「装具＝固定」からの転換

ほどよい制限と可動性

Ｐ.ＫＡＦＯが生体に与えている影響

筋電図学的検証


運動制御の基本的枠組み

（高草木、2010）

内側運動制御系と外側運動制御系

（高草木、2010）

内側運動制御系と外側運動制御系

運動に先行する姿勢セットと精緻運動の神経機構に関する作業仮説

「すべての運動において、姿勢の制御(postural set)が随伴しており、先行する姿勢制御がない限り、意図する運動を実行できない」（高草木,2010）

• 先行性姿勢制御（Preparatory APAs : pAPAs）

– 随意運動によって生じる姿勢の乱れを予測し、運動に50msec以上（100msecという文献もある）先行して姿勢を安定させる

– 主に同側性支持性に伴う体幹の活動

• 随伴性姿勢制御（Accompanying APAs : aAPAs）

– 随意運動中、姿勢を安定させている

– 特に、末梢部の運動に先行する近位部（肩甲帯や股関節など）の活動

先行随伴性姿勢制御 Anticipatory Posture Adjustments ; APAs


先行随伴性姿勢制御 Anticipatory Posture Adjustments ; APAs

姿勢と運動の全体的企画

ｐＡＰＡ信号

ｐＡＰＡｐＡＰＡ／ａＡＰＡａＡＰＡ

ａＡＰＡ信号

運動発現の信号第一次運動野（４野）

運動前野、補足運動野大脳基底核、小脳など

早い100ｍｓ～遅い300～400ｍｓ

視蓋脊髄路

赤核脊髄路

皮質橋網様体脊髄路

外側皮質脊髄路

橋・延髄網様体

吻側橋網様核

同側体幹同側頭部反対側リーチ

両側：パターン発生器反対側の運動（手の運動）

尾側橋網様核延髄巨大細胞性網様核

延髄巨大細胞性網様核

皮質延髄網様体脊髄路

（Schepens B 2004）

予測的姿勢調整（APA’s）

• 姿勢の安定性が低過ぎても、高過ぎてもAPA’s は生じにくい

（Aruin et al 1998, Weaver et al 2012)

• 転倒の恐怖感があると減弱する

（Adkin et al 2002)

• 一側上肢での強い把握はAPA’s を減弱させる

（Roberto et al 2012)


姿勢制御のための脊髄小脳路

• 背側脊髄小脳路：位置覚や運動の正確な情報（固有感覚情報）を小脳に伝える。筋紡錘、ゴルジ腱器官、皮膚受容器、関節受容器からの情報を伝える。交差しない。

• 腹側脊髄小脳路：全般的な感覚情報と現在進行している運動（活動）の情報を伝える。2回交差する。

運動の階層性制御森茂美運動制御と運動学習協同医書出版社 1997

Rhythm generator

Pattern formation

Half center model

（高草木、2010）

CPGは四肢の協調された動きから生まれる

• 上肢と下肢の運動の間、規則的にこれらの四肢を調整するリズミカルなCPGコントローラーがある

• 中央の疑問符は未知の領域を表すが、固有脊髄路と上位脊髄の連結を推定した点に注意が必要

• 上肢と下肢におけるCPGsの対側

対同側の相対的な強さは、ヒトでは不確定

E.Paul Zehr: Neural Control of Rhythmic Human Movement: The Common Core Hypo thesis; Exercise and Sport Sciences Reviews, 2005

筋線維の種類と性質

性質筋線維の種類

S型 FR型 FF型

収縮速度遅い速い速い

疲労度極めて難難易

運動ニューロンサイズ小中大

神経支配比小中大

閾値低中高

支配筋線維 Ⅰ（SO） Ⅱa（FOG） Ⅱb（FG）

収縮タイプ持久型パワー型瞬発型

張力低高遅高


サイズの原理

• 収縮張力が小さく、疲労しにくい筋線維を支配しているα運動ニューロン（神経細胞体が小さく、動員閾値が低い）から順次動員される

• 姿勢筋は筋細胞が小さく、閾値が低いので発火しやすく、疲労しにくい

ヒラメ筋

腓腹筋

（Henneman；1965）

(Christensen:2001)

単関節筋と二関節筋

• 姿勢筋は単関節筋で深部に多い

• 単関節筋は重力対応のために生まれた筋であり、二関節筋は運動制御担当のために生まれてきた。したがって寝たきりになり、重力負荷が消えると一番に衰えるのは単関節筋（熊本水頼：二関節筋、医学書院2008）

• 姿勢異常を有する多くの症例は単関節筋が機能不全を起こし、多関節筋が過剰に機能している（理学療法：p182.2007.1）

• 姿勢筋はtypeⅠ（遅筋）、ヒラメ筋は89％がtypeⅠ

• 単関節筋：主として関節の固定と正しい運動方向の誘導

• 二関節筋：大きな運動をつかさどる（関節モーメントを発揮する）筋（福井勉）

（大槻資料より一部改変）

筋線維タイプによる反応

• typeⅠ線維では刺激頻度

が多くなると、加重による融合が生じ、強縮（tetanus）と

なって単収縮時より大きな張力となる

• typeⅡ線維では大きな張力

を発生するが、頻度が多少高い刺激でも加重は生じない

（堀清記；1999）

P.KAFO効果の神経学的裏付け 54歳男性維持期右視床出血


第10回日本神経理学療法学会学術集会演題 2013.12.14‐15

介入前（1/18）短下肢装具（DPC足継手）

サイドケイン３動作後ろ型

大殿筋

外側広筋

半腱様筋

前脛骨筋

腓腹筋

ヒラメ筋


下腿前後傾角（SVA ; shank to vertical angle）

≠ ROM

基本軸：靴底

移動軸：下腿


プラスチック製長下肢装具（PKAFO）

伸展－１０°制動

底屈５°制動

踵補高(35㎜)

四頭筋活動を促通させる

伸張反射を惹起させない

ROM SVA


2週間後（1/31） PKAFO

サイドケイン３動作揃え型

大殿筋

外側広筋

半腱様筋

前脛骨筋

腓腹筋

ヒラメ筋


10週間後（3/27） PKAFO

杖なし

大殿筋

外側広筋

半腱様筋

前脛骨筋

腓腹筋

ヒラメ筋


歩行中のEMGのタイミングと相対的な大きさ

(Knutson LM, Soderberg GL.1995)

歩行学習の過程

大殿筋

外側広筋

半腱様筋

前脛骨筋

腓腹筋

ヒラメ筋

フットスイッチ

膝角度

2”50 sec 3”00 sec 1”22 sec

立脚：遊脚７３：２７７６：２４５１：４９

荷重連鎖障害促通期再構築期介入前２週間後１０週間後

（ネッター解剖学アトラスより）

踵骨は床面との相性が良いとはいえない

踵の形状は不安定転がる（Rocker Function）には最適

足関節周囲筋によってスティッフネスを高め安定化させる必要あり

伸張反射経路の興奮が増大される(Christensen)


外側運動制御系の活動を求める必要がある


Clinical Reasoning

特にtypeⅠ線維を多く含むヒラメ筋は閾値が低く影響を受けやすい

痙性は荷重連鎖となる足部と膝・股関節の運動制御を困難にさせる（佐藤）

伸張反射亢進⇒加重⇒強縮

皮質脊髄路障害に対して末梢のコントロール（外側系）は課題が大きい

立脚初期、ヒラメ筋の痙縮を惹起させない

下腿三頭筋に過度な伸長を課さず踵のウェッジと底屈制動で SVAを整えることが効果的な荷重連鎖を開始させる


Heel Contact をつくる


膝伸展を制動し、股・体幹に床反力を伝える

外側系の課題をコントロールし、内側系の姿勢制御を優先的に求めるアプローチ

立脚相の抗重力伸展活動を促通する

安静時 typeⅠ線維の反応が変化した


介入前（1/18）

大殿筋

外側広筋

半腱様筋

前脛骨筋

腓腹筋

ヒラメ筋


10週間後（3/27）の歩行練習の前

大殿筋

外側広筋

半腱様筋

前脛骨筋

腓腹筋

ヒラメ筋


10週間後（3/27）の歩行練習のあと

大殿筋

外側広筋

半腱様筋

前脛骨筋

腓腹筋

ヒラメ筋

14秒後


安静時筋活動の変化（腓腹筋とヒラメ筋）

1.18 練習前

3.27 練習前

3.27 練習後

1.03

7.53

1.42

1.22

1.23

3.03

平均活動電位（μV）

14秒後

1.78μV 3.65μV

Modified Ashworth Scale 2

Modified Ashworth Scale 3


P.KAFO効果の運動学的裏付け 70歳男性両下肢痙性麻痺


第53回近畿理学療法学術集会演題 2013.11.3

Heel Rockerをターゲットに底屈制動機能を備えた製品が注目されてきた

が・・・。

足関節背屈制限が立脚相に与える影響

先行研究 • 立脚終期の下腿三頭筋の働きを代償し、heel offが出現することで、膝伸展角度が保持できた（岡村;2012）

• 麻痺側立脚中期の足関節底屈筋の活動を補助し、膝折れを防ぐ（小山ら;2006、高木ら;2007、岡田ら;2013）

目的足背屈制動によって、ankle rockerからforefoot rockerに必要な

下腿三頭筋の筋活動を補うことが、下腿の前方傾斜を抑制し膝折れを防ぐことを筋電波形から検証すること


正常歩行立脚相のrocker function３相

Heel rocker Ankle rocker Fore foot rocker




重心を上昇させる


MSt.以降の足底屈パワーが重要

弛緩性麻痺によくみられる膝折れ


歩行中断


フランケル分類D1 足クローヌス+

Barthel Index85点

歩行能力

両側ロフストランド杖

両側長下肢装具

理学療法室内自立

対象

Th6

Th7

MSt時に両側膝折れやスナッピングが生じ、その現象が著明な右側（下図）を被検側とした。

70歳代男性両下肢痙性麻痺（T6・7化膿性脊椎炎）

左側立脚

右側立脚


測定条件1 共通条件 CCADジョイント（FRAP技研）付長下肢装具膝継手伸展制動－10° 足継手底屈制動なし

SVA 0°

条件Ａ足関節背屈制動なし

膝伸展制動－10°

制動なし

条件Ｂ足関節背屈制動あり

前方ストッパーによる

背屈制動


条件Ａ’ 足関節背屈制動なし

制動なし


(Shank to vertical angle)

測定条件2

被検筋

大殿筋外側広筋半腱様筋前脛骨筋腓腹筋ヒラメ筋

計測条件

機器 Noraxon G2

インピーダンス 10kΩ以下

電極間距離 25mm

解析方法 ①フットスイッチにより、歩行周期を特定する ②生波形を正規化、RMS処理（50msec）し、安定した5歩行周期の電位（μV）の平均と標準偏差を求めた ③測定条件下（A-B-A’）の立脚相のみを抜き出し、それを100％とした ④各筋がピーク電位（μV）を示したタイミングを立脚相に換算し、測定条件間での変化を検証した ⑤正常歩行時の活動ピークは、RLANRCを参考にした

自由歩行を条件A－条件B－条件A´の順で測定


歩行中のEMGのタイミングと相対的な大きさ

(Knutson LM, Soderberg GL.1995)

100% %

結果

21.9

16.7

3.1

18.8 21.2

14.1 12.5

6.1 11

104.7

95.5

104.7

57.1

73.8

61.9 67.9

57.6 54.9

0

20

40

60

80

100

120

条件A 条件B 条件A

立脚相の時間（％）

大殿筋

外側広筋

半腱様筋

前脛骨筋

腓腹筋

ヒラメ筋

正常歩行時のピーク

大殿筋 13.7% 外側広筋 18.4% 半腱様筋 159.2% 前脛骨筋 12.2% 腓腹筋 75.5% ヒラメ筋 81.6%

RLANRC部分修正¹⁾

´

各筋の筋電波形がピークを示した立脚相のタイミング


今回の足関節背屈制動によって生じた腓腹筋のピーク時期のTst.への遅れは、下図右のメカニズムを発生させ、荷重連鎖から生じる下肢の抗重力伸展活動を促すことができる環境が整えられる可能性があると考えた。

背屈モーメント

足関節を中心とした円軌道

①底屈モーメント発生

③実効長の延長

中足指節間関節を中心とした円軌道

②支点の移動（FR）

④重心の急激な下降を避ける

重心の高さ重心の高さ

足関節背屈制動あり足関節背屈制動なし

足関節背屈制動あり足関節背屈制動なし




重心を上昇させる

足背屈制動足底屈制動装具に求められる機能


2014.3.1 京都・伊根町「舟屋の里」において


受動歩行ロボット（円弧型足部）

重力効果のみによって、遊脚膝が自然に曲がり脚の振り抜きが行われる．これは、本質的にリンク構造のみで「歩ける」ことを意味している（佐野）



2006. 5 ２症例目回復期脳出血右片麻痺 10m歩行5秒台

. 8 ３症例目維持期脳出血左片麻痺

2007. 7 ５症例目中心性頸髄損傷不全痙性四肢麻痺

.11 ９症例目頸椎症性頸髄症不全痙性四肢麻痺両TKA

2014. 5 脊柱管狭窄症手術後両下肢弛緩性麻痺 MMT poor


床反力を効率よく膝→股→体幹に伝えることで、筋力が乏しくてもＰＫＡＦＯの構造によって、シェル構造をリンク構造の作用に変換でき、立脚相を得ることが可能となっている

床反力を効率よく膝→股→体幹に伝えることで、筋力が乏しくてもＰＫＡＦＯの構造によって、シェル構造をリンク構造的な作用に変換でき、立脚相を得ることが可能となっている

足部の形状の違い

ギネス認定実機（円弧型足部）人足型足部


（名古屋工業大学佐野研究所より資料提供）

前足部

足関節部

受動歩行ロボット（人足型足部）

足関節に動きを与えると両脚支持期が約20％生じ、ヒトの歩行に近づくが、難易度は非常に高くなる

P.KAFOの特長

• 生体との親和性

• シェル型構造

• 前面の大腿カフ

• 足関節と膝関節の同時制御


金属素材と生体の親和性

背屈制限0° 制限なし膝継手遊動の金属支柱型長下肢装具を健常者が装着し、ダブルクレンザック足継手を制限なしと前方制限背屈0度（ロッド固定）の際の筋活動 Kyotango City Yasaka Hospital

背屈制限なし背屈制限あり


金属どおしの衝撃の強さ

シェル型構造

内部に脚を収めることができる接触面積が広いコントロールしやすい

装具の内部に人の下肢が収まることで、リンク構造として機能することに加え、下肢の活動の制限と促通などコントロールが容易に可能となっている


前面の大腿カフ

大腿カフが前面にあることで、足底接地の際に床反力ベクトルを膝軸より前方で得ることができ、下肢を抗重力伸展方向に促す

膝軸のモーメントアーム

足軸のモーメントアーム

大腿カフ

伸展制動

背屈制動

床反力ベクトル

足と膝を同時にコントロールできる


本日のまとめ

歩行練習の理論的背景は同じ

神経学的・運動学的に適した調整が可能 – 姿勢制御（postural set）を先行するアプローチを行った

– 筋活動の促通効果が期待できる（膝・股関節）

– 背屈制動によりankle rocker以降のコントロールが可能

– 少ない筋活動で効率のよい歩行を可能にする

装具の調整と筋電波形の変化


みなさまとディスカッションができればと思っていますご清聴ありがとうございました


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神経学的解釈と運動学的解釈...神経学的解釈と運動学的解釈 神経系専門理学療法士 梅 田 匡 純 京丹後市立弥栄病院リハビリテーション科

神経学的解釈と運動学的解釈...神経学的解釈と運動学的解釈神経系専門理学療法士梅田匡純京丹後市立弥栄病院リハビリテーション科