[0149] 末梢神経電気刺激による筋疲労課題が皮質脊髄路の興奮性に及ぼす影響
Keywords:経皮的電気刺激, 筋疲労, 運動誘発電位
【はじめに，目的】
筋疲労には末梢性疲労と中枢性疲労の二つの要因がある。中枢性疲労現象の一つとして，随意運動による筋疲労後には一時的に運動誘発電位（motor evoked potentials：MEP）の減少が認められる。この現象をPost-exercise depression（PED）という（Brasil Neto JP, 1993）。PEDに関する報告は随意運動後のものが多く，電気刺激によって誘発された筋疲労について報告したものはみない。また，電気刺激による筋疲労が皮質脊髄路の興奮性に及ぼす影響については不明な点が多いのが現状である。そこで本研究の目的は，末梢神経電気刺激によって引き起こされた筋疲労が皮質脊髄路の興奮性に及ぼす影響を明らかにすることとした。
【方法】
対象は健常成人10名（22歳）であった。皮質脊髄路の興奮性の評価には経頭蓋磁気刺激によって誘発されるMEPを利用した。経頭蓋磁気刺激装置Magstim200および8の字コイルを使用し，左一次運動野手指領域のhot spotを磁気刺激し，右短母指外転筋よりMEPを記録した。磁気刺激強度は，安静時に1mVのMEPが誘発される強度とし，刺激頻度は0.2Hzとした。また，α運動ニューロンの興奮性の評価としてF波，神経筋接合部より遠位の興奮性の評価としてM波を利用した。電気刺激装置（SEN-330，日本光電工業）を使用し，手根部で正中神経を1 Hzの頻度で電気刺激を行い，右短母指外転筋から最大M波およびF波を記録した。刺激持続時間は0.2 ms，刺激強度は最大M波が得られる強度の120%とした。
介入課題は母指対立等尺性収縮とし，最大随意収縮力の10％（10%MVC）を10分間保持する随意運動課題と，10％MVCを引き起こす刺激強度で正中神経刺激（20 Hz）を10分間継続する電気刺激課題の2条件とした。各条件において介入前，介入終了5分後のMEP，F波，M波，および最大張力を計測した。解析対象は介入前後のMEP振幅，F波振幅および出現頻度，M波振幅，最大張力とした。MEP計測は12回計測を行い，振幅が最大および最小の波形を除いた10波形を加算平均した波形のpeak to peakとした。M波の値は50回の刺激で誘発されたM波振幅値の平均値を算出した。F波の計測は，100 μV以上をF波と規定し，50回刺激時に得られたF波振幅の値平均値と出現頻度を算出した。最大張力の計測は5秒間の母指対立最大随意等尺性収縮中の安定した3秒間の平均値を算出した。
【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，同意を得た上で行った。
【結果】
最大張力は，随意運動課題では介入前5.8±1.5 kg（平均値±標準偏差）から介入後4.4±1.4 kg，電気刺激課題では介入前6.0±0.88 kgから介入後5.0±0.82となり，両条件ともに介入後で有意に減少した（p＜0.01）。MEP振幅は，随意運動課題では介入前0.96±0.04 mVから介入後0.67±0.05 mV，電気刺激課題では介入前0.94±0.02 mVから介入後0.74±0.03 mVとなり，両条件とも介入後に有意に減少した（p＜0.01）。M波振幅は，随意運動課題では介入前22.4±6.4 mVから介入後21.7±6.2 mVとなり介入後に有意に減少した（p＜0.01）。一方，電気刺激課題においては介入前20.2±3.9 mV，介入後20.4±4.6 mVとなり介入前後で有意な差はみられなかった。F波振幅は，随意運動課題では介入前0.37±0.13 mV，介入後0.31±0.08 mV，電気刺激課題では介入前0.43±0.29 mV，介入後0.36±0.19 mVとなり，介入前後で有意な差は認められなかった。F波出現頻度は，随意運動課題では介入前33.6±13.9%，介入後32±16.9%，電気刺激課題では介入前25.4±14.1%，介入後29.8±13.2%となり，両条件ともに介入前後で有意な差は認められなかった。
【考察】
最大張力は随意運動課題，電気刺激課題ともに介入前より介入後で有意に減少したことから本研究は筋疲労課題であったと考えられる。MEP振幅は両条件ともに介入後で有意に減少したが，脊髄興奮性を反映するF波は両条件とも介入前後で有意な差は認められなかった。これらの結果は，MEP減弱が皮質レベルで起こっていることと，随意運動による筋疲労課題後に認められるPEDが，電気刺激による筋疲労課題においても認められることを示唆していると考えられた。
【理学療法学研究としての意義】
本研究結果は，筋疲労が大脳皮質活動に及ぼす影響を明らかにしており，機能的電気刺激や治療的電気刺激時の筋疲労問題を解決するための基礎的データとなりうる。
筋疲労には末梢性疲労と中枢性疲労の二つの要因がある。中枢性疲労現象の一つとして，随意運動による筋疲労後には一時的に運動誘発電位（motor evoked potentials：MEP）の減少が認められる。この現象をPost-exercise depression（PED）という（Brasil Neto JP, 1993）。PEDに関する報告は随意運動後のものが多く，電気刺激によって誘発された筋疲労について報告したものはみない。また，電気刺激による筋疲労が皮質脊髄路の興奮性に及ぼす影響については不明な点が多いのが現状である。そこで本研究の目的は，末梢神経電気刺激によって引き起こされた筋疲労が皮質脊髄路の興奮性に及ぼす影響を明らかにすることとした。
【方法】
対象は健常成人10名（22歳）であった。皮質脊髄路の興奮性の評価には経頭蓋磁気刺激によって誘発されるMEPを利用した。経頭蓋磁気刺激装置Magstim200および8の字コイルを使用し，左一次運動野手指領域のhot spotを磁気刺激し，右短母指外転筋よりMEPを記録した。磁気刺激強度は，安静時に1mVのMEPが誘発される強度とし，刺激頻度は0.2Hzとした。また，α運動ニューロンの興奮性の評価としてF波，神経筋接合部より遠位の興奮性の評価としてM波を利用した。電気刺激装置（SEN-330，日本光電工業）を使用し，手根部で正中神経を1 Hzの頻度で電気刺激を行い，右短母指外転筋から最大M波およびF波を記録した。刺激持続時間は0.2 ms，刺激強度は最大M波が得られる強度の120%とした。
介入課題は母指対立等尺性収縮とし，最大随意収縮力の10％（10%MVC）を10分間保持する随意運動課題と，10％MVCを引き起こす刺激強度で正中神経刺激（20 Hz）を10分間継続する電気刺激課題の2条件とした。各条件において介入前，介入終了5分後のMEP，F波，M波，および最大張力を計測した。解析対象は介入前後のMEP振幅，F波振幅および出現頻度，M波振幅，最大張力とした。MEP計測は12回計測を行い，振幅が最大および最小の波形を除いた10波形を加算平均した波形のpeak to peakとした。M波の値は50回の刺激で誘発されたM波振幅値の平均値を算出した。F波の計測は，100 μV以上をF波と規定し，50回刺激時に得られたF波振幅の値平均値と出現頻度を算出した。最大張力の計測は5秒間の母指対立最大随意等尺性収縮中の安定した3秒間の平均値を算出した。
【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，同意を得た上で行った。
【結果】
最大張力は，随意運動課題では介入前5.8±1.5 kg（平均値±標準偏差）から介入後4.4±1.4 kg，電気刺激課題では介入前6.0±0.88 kgから介入後5.0±0.82となり，両条件ともに介入後で有意に減少した（p＜0.01）。MEP振幅は，随意運動課題では介入前0.96±0.04 mVから介入後0.67±0.05 mV，電気刺激課題では介入前0.94±0.02 mVから介入後0.74±0.03 mVとなり，両条件とも介入後に有意に減少した（p＜0.01）。M波振幅は，随意運動課題では介入前22.4±6.4 mVから介入後21.7±6.2 mVとなり介入後に有意に減少した（p＜0.01）。一方，電気刺激課題においては介入前20.2±3.9 mV，介入後20.4±4.6 mVとなり介入前後で有意な差はみられなかった。F波振幅は，随意運動課題では介入前0.37±0.13 mV，介入後0.31±0.08 mV，電気刺激課題では介入前0.43±0.29 mV，介入後0.36±0.19 mVとなり，介入前後で有意な差は認められなかった。F波出現頻度は，随意運動課題では介入前33.6±13.9%，介入後32±16.9%，電気刺激課題では介入前25.4±14.1%，介入後29.8±13.2%となり，両条件ともに介入前後で有意な差は認められなかった。
【考察】
最大張力は随意運動課題，電気刺激課題ともに介入前より介入後で有意に減少したことから本研究は筋疲労課題であったと考えられる。MEP振幅は両条件ともに介入後で有意に減少したが，脊髄興奮性を反映するF波は両条件とも介入前後で有意な差は認められなかった。これらの結果は，MEP減弱が皮質レベルで起こっていることと，随意運動による筋疲労課題後に認められるPEDが，電気刺激による筋疲労課題においても認められることを示唆していると考えられた。
【理学療法学研究としての意義】
本研究結果は，筋疲労が大脳皮質活動に及ぼす影響を明らかにしており，機能的電気刺激や治療的電気刺激時の筋疲労問題を解決するための基礎的データとなりうる。