[0015] 腹壁筋への電気刺激療法におけるティルトアップ姿勢の違いが呼気流速に与える影響
Keywords:腹壁筋, 電気刺激療法, 呼気流速
【はじめに】
腹壁筋への電気刺激療法（以下，腹壁電気刺激）は，脊髄損傷患者の咳嗽を補助する目的で行われており，その有効性が報告されている（Gansen et al.,2010）。我々は，腹壁電気刺激により，換気能力の低下した患者の持続した換気補助として咳嗽補助以外にも応用できると考え基礎的研究を進めてきた（Sewa et al.,2013）。一方，呼吸機能や咳嗽力は肢位の影響を受けやすいことが報告（Badr et al.,2002）されており，臨床応用を想定した場合，姿勢の影響も考慮する必要がある。しかしながら，姿勢と腹壁電気刺激の効果に関する報告は少なく基礎的知見を得られない。本研究の目的は，腹壁筋に一定強度の低周波電気刺激を行い，ティルトアップ姿勢変化にともない呼気流速や換気量等がどの程度変化するかを検証することとした。
【方法】
対象は健常男性8名（20.2±0.8歳）とした。電気刺激は日本光電製Neuro pack EMB-5504を使用し，呼気流速をトリガーとして，呼気開始直後から自動的に1.5秒間の電気刺激が出力するように設定した。電極は，縦14cm×横4cmを使用し，下位肋骨から2～3cm下方に，臍を挟んで横に貼付した。電気刺激強度は70mA（予備実験により被験者全員が耐えられる最大の強度）とした。電気刺激条件は，周波数50Hz，パルス幅200μsの双極性矩形波とした。測定肢位はティルトテーブルに背臥位となり，0，30，60，90度とした。呼気流速はフェイスマスクに取り付けた差圧トランスデューサーを介してアンプで増幅し，換気量は呼気流速を積分することで算出した。測定項目は最高呼気流速（PEF），平均呼気流速（MEF），一回換気量（TV）とし，測定は各肢位で電気刺激なし（以下，off）で3分間計測した後に電気刺激あり（以下，on）で2分間計測した。呼吸が安定した後半1分間に得られた波形を解析対象とした。統計学的検定は各肢位でのoff，onの比較には対応のあるt検定，各肢位間の比較には，フリードマン検定を行った。
【倫理的配慮，説明と同意】
本研究は，茨城県立医療大学倫理委員会にて承認を得て実施した。研究対象者には書面と口頭にて，研究の目的と内容を説明し，すべての対象者において同意を得た。
【結果】
PEFは傾斜角度が上がるにつれ，off，on共に，統計的有意な差ではないが，増加する傾向にあった（off；0度：0.41±0.11，30度：0.44±0.11，60度：0.50±0.08，90度：0.49±0.11，on；0度：0.56±0.15，30度：0.61±0.22，60度：0.59±0.16，90度：0.64±0.16 L/s）。また，各肢位におけるon，offの比較では，60°を除く3肢位においてonで有意に高値を示した。MEFはoff：0.21－0.23 L/s，on：0.31－0.34 L/sの範囲であり，共に肢位の影響はみられなかったが，onで有意に高値を示した。TVはoffでは傾斜角度が上がるにつれて増加する傾向があったが，onでは肢位により差がなかった。（off；0度：0.56±0.11,30度：0.58±0.13,60度：0.61±0.1,90度：0.63±0.1，on；0度：0.65±0.08，30度：0.61±0.1,60度：0.60±0.14，90度：0.62±0.09L）また，各肢位におけるon，offの比較では0度で有意な増加がみられたが，他の肢位では見られなかった。
【考察】
PEFはonとoffの両者とも，傾斜角度の増加に伴い，増加した。一般的に体幹の傾斜角度が増加すると，換気量が増大することが知られている（Angela et al., 2005）。今回も，一回換気量の増大が見られたため，胸郭や肺の弾性収縮力の増加によりPEFが高まったと考え得る。MEFはonで有意な増加がみられたが，肢位による変化はon，off共に見られなかった。これは，呼気時間の減少がみられていたことから，電気刺激による腹圧上昇により，一気に呼気が促されたためと考えられた。このことは，ピークのみならず，呼気相で高い流速が一定して保持できていることを示している。TVはPEFと同様に，offでは傾斜角度の増加に伴い増大傾向にあった。しかし，onでは肢位による影響を受けず一定であり，特に0度での増加率が高く，一方で90度ではoffと同程度であった。これは，背臥位において，腹部の担う換気量が座位に比べて大きくなることから（Andrew et al.，1991），電気刺激での腹部圧迫による効果が大きくなると考えられた。一方で，体幹傾斜角度が増加すると，胸部が担う換気量が大きくなるため，腹壁電気刺激は換気量を増加させるほどの効果は得られなかったと思われる。
【理学療法学研究としての意義】
腹壁筋への電気刺激療法は，特に背臥位において，呼吸機能の低下した患者の気道クリアランスを改善させる多めの理学療法の一つになり得る可能性がある。
腹壁筋への電気刺激療法（以下，腹壁電気刺激）は，脊髄損傷患者の咳嗽を補助する目的で行われており，その有効性が報告されている（Gansen et al.,2010）。我々は，腹壁電気刺激により，換気能力の低下した患者の持続した換気補助として咳嗽補助以外にも応用できると考え基礎的研究を進めてきた（Sewa et al.,2013）。一方，呼吸機能や咳嗽力は肢位の影響を受けやすいことが報告（Badr et al.,2002）されており，臨床応用を想定した場合，姿勢の影響も考慮する必要がある。しかしながら，姿勢と腹壁電気刺激の効果に関する報告は少なく基礎的知見を得られない。本研究の目的は，腹壁筋に一定強度の低周波電気刺激を行い，ティルトアップ姿勢変化にともない呼気流速や換気量等がどの程度変化するかを検証することとした。
【方法】
対象は健常男性8名（20.2±0.8歳）とした。電気刺激は日本光電製Neuro pack EMB-5504を使用し，呼気流速をトリガーとして，呼気開始直後から自動的に1.5秒間の電気刺激が出力するように設定した。電極は，縦14cm×横4cmを使用し，下位肋骨から2～3cm下方に，臍を挟んで横に貼付した。電気刺激強度は70mA（予備実験により被験者全員が耐えられる最大の強度）とした。電気刺激条件は，周波数50Hz，パルス幅200μsの双極性矩形波とした。測定肢位はティルトテーブルに背臥位となり，0，30，60，90度とした。呼気流速はフェイスマスクに取り付けた差圧トランスデューサーを介してアンプで増幅し，換気量は呼気流速を積分することで算出した。測定項目は最高呼気流速（PEF），平均呼気流速（MEF），一回換気量（TV）とし，測定は各肢位で電気刺激なし（以下，off）で3分間計測した後に電気刺激あり（以下，on）で2分間計測した。呼吸が安定した後半1分間に得られた波形を解析対象とした。統計学的検定は各肢位でのoff，onの比較には対応のあるt検定，各肢位間の比較には，フリードマン検定を行った。
【倫理的配慮，説明と同意】
本研究は，茨城県立医療大学倫理委員会にて承認を得て実施した。研究対象者には書面と口頭にて，研究の目的と内容を説明し，すべての対象者において同意を得た。
【結果】
PEFは傾斜角度が上がるにつれ，off，on共に，統計的有意な差ではないが，増加する傾向にあった（off；0度：0.41±0.11，30度：0.44±0.11，60度：0.50±0.08，90度：0.49±0.11，on；0度：0.56±0.15，30度：0.61±0.22，60度：0.59±0.16，90度：0.64±0.16 L/s）。また，各肢位におけるon，offの比較では，60°を除く3肢位においてonで有意に高値を示した。MEFはoff：0.21－0.23 L/s，on：0.31－0.34 L/sの範囲であり，共に肢位の影響はみられなかったが，onで有意に高値を示した。TVはoffでは傾斜角度が上がるにつれて増加する傾向があったが，onでは肢位により差がなかった。（off；0度：0.56±0.11,30度：0.58±0.13,60度：0.61±0.1,90度：0.63±0.1，on；0度：0.65±0.08，30度：0.61±0.1,60度：0.60±0.14，90度：0.62±0.09L）また，各肢位におけるon，offの比較では0度で有意な増加がみられたが，他の肢位では見られなかった。
【考察】
PEFはonとoffの両者とも，傾斜角度の増加に伴い，増加した。一般的に体幹の傾斜角度が増加すると，換気量が増大することが知られている（Angela et al., 2005）。今回も，一回換気量の増大が見られたため，胸郭や肺の弾性収縮力の増加によりPEFが高まったと考え得る。MEFはonで有意な増加がみられたが，肢位による変化はon，off共に見られなかった。これは，呼気時間の減少がみられていたことから，電気刺激による腹圧上昇により，一気に呼気が促されたためと考えられた。このことは，ピークのみならず，呼気相で高い流速が一定して保持できていることを示している。TVはPEFと同様に，offでは傾斜角度の増加に伴い増大傾向にあった。しかし，onでは肢位による影響を受けず一定であり，特に0度での増加率が高く，一方で90度ではoffと同程度であった。これは，背臥位において，腹部の担う換気量が座位に比べて大きくなることから（Andrew et al.，1991），電気刺激での腹部圧迫による効果が大きくなると考えられた。一方で，体幹傾斜角度が増加すると，胸部が担う換気量が大きくなるため，腹壁電気刺激は換気量を増加させるほどの効果は得られなかったと思われる。
【理学療法学研究としての意義】
腹壁筋への電気刺激療法は，特に背臥位において，呼吸機能の低下した患者の気道クリアランスを改善させる多めの理学療法の一つになり得る可能性がある。