[0148] 電気刺激列の刺激数が運動誘発電位に及ぼす影響
Keywords:電気刺激, 経頭蓋磁気刺激, 皮質脊髄路興奮性
【はじめに，目的】
正中神経や尺骨神経を電気刺激すると，刺激後約20 msから60 msの間で大脳皮質一次体性感覚野に明確な神経活動が観察される。経頭蓋磁気刺激を利用した実験において，この神経活動のピーク潜時から数ms後に大脳皮質一次運動野の興奮性が一時的に抑制され（Tokimura et al.2000），電気刺激部位および刺激強度により変動することが報告されている（Fischer et al. 2011）。一方，一定時間の末梢神経電気刺激により皮質脊髄路の興奮性が変化することが報告されているが（Golaszewski et al. 2012），どのような刺激パラメーターが効率的に一次運動野の興奮性を高めるのかは不明である。そこで本研究の目的は，末梢神経への電気刺激列の刺激数が皮質脊髄路興奮性に及ぼす影響について明らかにすることした。
【方法】
対象は健常成人13名（22.1±2.0歳）であった。連発電気刺激の刺激部位は手関節部での右正中神経とした。刺激持続時間は0.2 msの矩形波を用い，刺激強度は短母指外転筋（abductor pollicis brevis；APB）の運動閾値とした。連発電気刺激の刺激間隔は50 ms，100 ms，250 msの3条件とし，刺激数を3条件（1発，3発，6発）に設定した。各刺激間隔および刺激数の連発刺激500 ms後に経頭蓋磁気刺激を与えて運動誘発電位（motor evoked potential；MEP）を計測した。経頭蓋磁気刺激の刺激部位は左大脳皮質一次運動野手指領域周辺におけるAPBのhot spotとし，刺激強度は安静時に1 mVのMEPが誘発される強度とした。MEPの計測は，各刺激間隔および各刺激数の連発刺激後の磁気刺激，単発磁気刺激をランダムに行い，APBより各10波形を記録した。MEP振幅値は，記録された波形のうち振幅が最大および最少の波形を除いた8波形を加算平均し，peak to peakで算出した。また，各電気刺激後に得られたMEP振幅値を単発刺激時に得られたMEP振幅値で除した値をMEP ratioとして算出した。
【倫理的配慮，説明と同意】
本研究は，ヘルシンキ宣言の趣旨に則り，かつ我々の所属機関の倫理委員会の承認を得て行った。また被験者に実験内容を十分に説明し，書面にて同意を得た上で行った。
【結果】
1発電気刺激時に記録されたMEP振幅値（mean±standard error mean；SEM）は，0.86±0.09 mV（50 ms），0.92±0.16 mV（100 ms），0.96±0.16 mV（250 ms）となり，単発磁気刺激時（1.05±0.10 mV）に比べて有意な差は認められなかった。3連発刺激時で記録されたMEP振幅値（mean±SEM）は，0.60±0.07 mV（50 ms），0.58±0.08 mV（100 ms），0.51±0.06 mV（250 ms）となり，単発刺激時（0.99±0.08 mV）のMEP振幅値に比べ，50，100，250 ms間隔で有意に小さな値となった（p＜0.01）。また，6連発刺激時では，0.63±0.12 mV（50 ms），0.71±0.11 mV（100 ms），0.67±0.08 mV（250 ms）となり，単発刺激時（0,88±0.09 mV）に比べ250ms時では有意に小さな値となったが，50，100 ms時では有意差は認められなかった。単発刺激時に比べ有意に小さな値を示した250 ms間隔における3および6連発刺激時のMEP ratio（mean±SEM）は，0.53±0.06（3連発），0.79±0.07（6連発）となり，6連発刺激時に比べ3連発刺激時では有意に小さな値となった（p＜0.01）。
【考察】
末梢電気刺激後のMEP抑制作用は，短潜時および長潜時求心性抑制（LAI）として報告されており，LAIは末梢神経刺激後200ms以降に観察される（Tokimura et al. 2000）。LAIは電気刺激部位または電気刺激と磁気刺激の刺激間隔，筋収縮の有無により変動することや（Fischer et al. 2011），コリン作動性ニューロンの関与が報告されている（Di Lazzaro et al. 2002）。我々は脳磁図を利用した研究において，4Hzや10Hzの3発または6発の連発電気刺激が皮質感覚運動領野の活動量を減弱させることを確認している。LAIは一次体性感覚野の活動が関与していることが報告されているため，本研究において抑制作用の変動がみられたのではないかと考えられる。
【理学療法学研究としての意義】
末梢電気刺激による介入作用はいくつか報告されているが，その作用メカニズムについては未だ不明な点が多い。末梢電気刺激が運動野へ及ぼす影響について明らかにすることは，電気刺激を臨床で用いる際の指標となると考えられる。
正中神経や尺骨神経を電気刺激すると，刺激後約20 msから60 msの間で大脳皮質一次体性感覚野に明確な神経活動が観察される。経頭蓋磁気刺激を利用した実験において，この神経活動のピーク潜時から数ms後に大脳皮質一次運動野の興奮性が一時的に抑制され（Tokimura et al.2000），電気刺激部位および刺激強度により変動することが報告されている（Fischer et al. 2011）。一方，一定時間の末梢神経電気刺激により皮質脊髄路の興奮性が変化することが報告されているが（Golaszewski et al. 2012），どのような刺激パラメーターが効率的に一次運動野の興奮性を高めるのかは不明である。そこで本研究の目的は，末梢神経への電気刺激列の刺激数が皮質脊髄路興奮性に及ぼす影響について明らかにすることした。
【方法】
対象は健常成人13名（22.1±2.0歳）であった。連発電気刺激の刺激部位は手関節部での右正中神経とした。刺激持続時間は0.2 msの矩形波を用い，刺激強度は短母指外転筋（abductor pollicis brevis；APB）の運動閾値とした。連発電気刺激の刺激間隔は50 ms，100 ms，250 msの3条件とし，刺激数を3条件（1発，3発，6発）に設定した。各刺激間隔および刺激数の連発刺激500 ms後に経頭蓋磁気刺激を与えて運動誘発電位（motor evoked potential；MEP）を計測した。経頭蓋磁気刺激の刺激部位は左大脳皮質一次運動野手指領域周辺におけるAPBのhot spotとし，刺激強度は安静時に1 mVのMEPが誘発される強度とした。MEPの計測は，各刺激間隔および各刺激数の連発刺激後の磁気刺激，単発磁気刺激をランダムに行い，APBより各10波形を記録した。MEP振幅値は，記録された波形のうち振幅が最大および最少の波形を除いた8波形を加算平均し，peak to peakで算出した。また，各電気刺激後に得られたMEP振幅値を単発刺激時に得られたMEP振幅値で除した値をMEP ratioとして算出した。
【倫理的配慮，説明と同意】
本研究は，ヘルシンキ宣言の趣旨に則り，かつ我々の所属機関の倫理委員会の承認を得て行った。また被験者に実験内容を十分に説明し，書面にて同意を得た上で行った。
【結果】
1発電気刺激時に記録されたMEP振幅値（mean±standard error mean；SEM）は，0.86±0.09 mV（50 ms），0.92±0.16 mV（100 ms），0.96±0.16 mV（250 ms）となり，単発磁気刺激時（1.05±0.10 mV）に比べて有意な差は認められなかった。3連発刺激時で記録されたMEP振幅値（mean±SEM）は，0.60±0.07 mV（50 ms），0.58±0.08 mV（100 ms），0.51±0.06 mV（250 ms）となり，単発刺激時（0.99±0.08 mV）のMEP振幅値に比べ，50，100，250 ms間隔で有意に小さな値となった（p＜0.01）。また，6連発刺激時では，0.63±0.12 mV（50 ms），0.71±0.11 mV（100 ms），0.67±0.08 mV（250 ms）となり，単発刺激時（0,88±0.09 mV）に比べ250ms時では有意に小さな値となったが，50，100 ms時では有意差は認められなかった。単発刺激時に比べ有意に小さな値を示した250 ms間隔における3および6連発刺激時のMEP ratio（mean±SEM）は，0.53±0.06（3連発），0.79±0.07（6連発）となり，6連発刺激時に比べ3連発刺激時では有意に小さな値となった（p＜0.01）。
【考察】
末梢電気刺激後のMEP抑制作用は，短潜時および長潜時求心性抑制（LAI）として報告されており，LAIは末梢神経刺激後200ms以降に観察される（Tokimura et al. 2000）。LAIは電気刺激部位または電気刺激と磁気刺激の刺激間隔，筋収縮の有無により変動することや（Fischer et al. 2011），コリン作動性ニューロンの関与が報告されている（Di Lazzaro et al. 2002）。我々は脳磁図を利用した研究において，4Hzや10Hzの3発または6発の連発電気刺激が皮質感覚運動領野の活動量を減弱させることを確認している。LAIは一次体性感覚野の活動が関与していることが報告されているため，本研究において抑制作用の変動がみられたのではないかと考えられる。
【理学療法学研究としての意義】
末梢電気刺激による介入作用はいくつか報告されているが，その作用メカニズムについては未だ不明な点が多い。末梢電気刺激が運動野へ及ぼす影響について明らかにすることは，電気刺激を臨床で用いる際の指標となると考えられる。