[0865] 脳卒中患者に対する電気刺激を併用した下肢伸展運動課題が脳活動に与える影響
Keywords:脳卒中, 電気刺激, PET
【はじめに，目的】
現在脳卒中患者に対して様々な電気刺激療法が活用されており,近年では末梢への電気刺激が皮質脊髄路の興奮性を高めることや,電気刺激による関節運動が他動運動よりも脳の賦活範囲が広いことが示されてきている。しかしこれまでの脳機能画像評価研究の多くは対象が健常者で運動課題は手関節や足関節といった単関節に限局したものであり,理学療法の治療場面で多用している下肢の多関節運動における脳活動を評価した報告は少なかった。そこで本研究では,多関節運動の一つである下肢伸展運動に電気刺激を併用した課題中の,脳卒中患者における脳活動領域を検索することを目的にポジトロン断層法（positron emission tomography：PET）を用い評価を行った。
【方法】
対象は脳卒中発症後2年以上経過した症例3名（症例1は70歳代女性,症例2は60歳代女性,症例3は40歳代男性）とし,本研究の課題である下肢伸展運動が可能なことを事前に確認した。被験者は背臥位にて頭部をPET撮影用ホルダーで固定した。運動課題はレッグプレス機器（システムインスツルメンツ株式会社）を用いて0.125Hzの麻痺側下肢伸展運動とし,負荷量は下肢最大伸展筋力の約10%とした。電気刺激はキャリア周波数2000Hz,バースト周波数200Hz,デューティー比50％に設定し,刺激強度は対象者が疼痛と感じない最大の強度とし,事前に3例とも関節運動を伴う程度の筋収縮がある事を確認した。電極（5×9cm伊藤超短波）位置に関しては先行研究をもとに内側広筋と外側広筋のモーターポイントにそれぞれ貼り付け,大腿四頭筋の筋収縮が十分得られることを確認した。H2[15O]-PET撮像は①安静,②随意運動のみ,③電気刺激のみ,④随意運動と電気刺激の併用,の各条件下で実施し,休憩を各条件間に9分間設け,撮像は課題が開始された1分後から3分間行った。
【倫理的配慮，説明と同意】
本研究は総務省戦略的情報通信研究開発推進制度（SCOPE）の委託研究に基づき,福井大学医学部附属病院治験審査委員会の承認を得て行った（2012829）。なお,症例には事前に十分に説明し,書面にて同意を得ている。
【結果】
3症例とも随意運動において,対側の一次運動野,運動前野,補足運動野において血流増大を認め,さらに症例1では小脳,両側島にも血流増大を認めた。随意運動と電気刺激の併用では,随意運動のみに比べ血流が増大する症例と減少する症例が存在した。また電気刺激のみでは対側体性感覚野に血流増大を認めた症例がいる一方,明らかな血流増大を認めなかった症例も存在した。
【考察】
今回,一定負荷量の下肢伸展運動において,電気刺激の有無にかかわらず随意運動では対側一次運動野,運動前野,補足運動野に脳の賦活を認め,単関節運動時におけるPETやfMRIの結果と類似していた。小脳や島での領域に脳賦活を認めた理由は,課題が設定した時間内に下肢の反復運動を患者自身が自律して遂行するものであり,協調性や学習が問われる内容を含んでいたことが影響していると考えられた。随意運動と電気刺激の併用と随意運動のみとの比較では症例によって結果が異なり,今回の課題や症例数では随意運動と電気刺激の併用における脳活動への明らかな効果を説明することはできなかった。先行研究の中でも随意運動と電気刺激を併用した課題では運動課題や症例によって賦活にばらつきがあり,今後は症例数を重ね課題による違いも含めて検討していく必要がある。また電気刺激のみでは強い賦活は認めなかったことは,下肢の関節運動が少なかったことや,刺激強度や刺激時間が影響しているかもしれない。
【理学療法学研究としての意義】
脳卒中患者に対する様々な電気刺激療法が開発され効果を上げているが,それらが脳活動にどのような影響を与えているかを説明している研究は少ない。本研究において電気刺激を併用した下肢伸展運動中の脳活動変化を確認したことは,今後脳卒中患者に対する電気刺激療法の効果を検証するものとして意義のあるものと捉えている。
現在脳卒中患者に対して様々な電気刺激療法が活用されており,近年では末梢への電気刺激が皮質脊髄路の興奮性を高めることや,電気刺激による関節運動が他動運動よりも脳の賦活範囲が広いことが示されてきている。しかしこれまでの脳機能画像評価研究の多くは対象が健常者で運動課題は手関節や足関節といった単関節に限局したものであり,理学療法の治療場面で多用している下肢の多関節運動における脳活動を評価した報告は少なかった。そこで本研究では,多関節運動の一つである下肢伸展運動に電気刺激を併用した課題中の,脳卒中患者における脳活動領域を検索することを目的にポジトロン断層法（positron emission tomography：PET）を用い評価を行った。
【方法】
対象は脳卒中発症後2年以上経過した症例3名（症例1は70歳代女性,症例2は60歳代女性,症例3は40歳代男性）とし,本研究の課題である下肢伸展運動が可能なことを事前に確認した。被験者は背臥位にて頭部をPET撮影用ホルダーで固定した。運動課題はレッグプレス機器（システムインスツルメンツ株式会社）を用いて0.125Hzの麻痺側下肢伸展運動とし,負荷量は下肢最大伸展筋力の約10%とした。電気刺激はキャリア周波数2000Hz,バースト周波数200Hz,デューティー比50％に設定し,刺激強度は対象者が疼痛と感じない最大の強度とし,事前に3例とも関節運動を伴う程度の筋収縮がある事を確認した。電極（5×9cm伊藤超短波）位置に関しては先行研究をもとに内側広筋と外側広筋のモーターポイントにそれぞれ貼り付け,大腿四頭筋の筋収縮が十分得られることを確認した。H2[15O]-PET撮像は①安静,②随意運動のみ,③電気刺激のみ,④随意運動と電気刺激の併用,の各条件下で実施し,休憩を各条件間に9分間設け,撮像は課題が開始された1分後から3分間行った。
【倫理的配慮，説明と同意】
本研究は総務省戦略的情報通信研究開発推進制度（SCOPE）の委託研究に基づき,福井大学医学部附属病院治験審査委員会の承認を得て行った（2012829）。なお,症例には事前に十分に説明し,書面にて同意を得ている。
【結果】
3症例とも随意運動において,対側の一次運動野,運動前野,補足運動野において血流増大を認め,さらに症例1では小脳,両側島にも血流増大を認めた。随意運動と電気刺激の併用では,随意運動のみに比べ血流が増大する症例と減少する症例が存在した。また電気刺激のみでは対側体性感覚野に血流増大を認めた症例がいる一方,明らかな血流増大を認めなかった症例も存在した。
【考察】
今回,一定負荷量の下肢伸展運動において,電気刺激の有無にかかわらず随意運動では対側一次運動野,運動前野,補足運動野に脳の賦活を認め,単関節運動時におけるPETやfMRIの結果と類似していた。小脳や島での領域に脳賦活を認めた理由は,課題が設定した時間内に下肢の反復運動を患者自身が自律して遂行するものであり,協調性や学習が問われる内容を含んでいたことが影響していると考えられた。随意運動と電気刺激の併用と随意運動のみとの比較では症例によって結果が異なり,今回の課題や症例数では随意運動と電気刺激の併用における脳活動への明らかな効果を説明することはできなかった。先行研究の中でも随意運動と電気刺激を併用した課題では運動課題や症例によって賦活にばらつきがあり,今後は症例数を重ね課題による違いも含めて検討していく必要がある。また電気刺激のみでは強い賦活は認めなかったことは,下肢の関節運動が少なかったことや,刺激強度や刺激時間が影響しているかもしれない。
【理学療法学研究としての意義】
脳卒中患者に対する様々な電気刺激療法が開発され効果を上げているが,それらが脳活動にどのような影響を与えているかを説明している研究は少ない。本研究において電気刺激を併用した下肢伸展運動中の脳活動変化を確認したことは,今後脳卒中患者に対する電気刺激療法の効果を検証するものとして意義のあるものと捉えている。