[P-KS-24-5] 変形性膝関節症者の歩行における筋シナジーパターンの特徴
キーワード：変形性膝関節症, 筋シナジー, 歩行
【はじめに，目的】
運動制御における冗長性問題の解決策として，筋シナジーが存在する。筋シナジーとは，活動タイミングが類似する筋活動をグループ化し，中枢神経系の制御を単純にしているという仮説である。その中で，ヒトの歩行は4つから5つの筋シナジーで達成されると報告された。本来，筋シナジーは中枢神経系の制御を解明するために発展したため，運動器疾患に対する応用は進んでいない。変形性膝関節症（以下，膝OA）は，異常筋活動を示すため，正常歩行とは異なる筋シナジーが抽出される可能性がある。そこで本研究の目的は，膝OAに特徴的な筋シナジーを抽出し，膝OA歩行の評価・治療に対する指標とすることである。
【方法】
対象は健常成人3名と疼痛のない膝OA患者3名とした。床反力計付きトレッドミル（BERTEC社），筋電計12ch（Delsys社）を用いて床反力，筋活動を測定した。対象筋は，片側の脊柱起立筋，大殿筋，中殿筋，大腿筋膜張筋，股関節内転筋群，大腿直筋，内側広筋，半腱様筋，大腿二頭筋，前脛骨筋，腓腹筋内側頭，ヒラメ筋の計12筋とした。被験者はトレッドミル（3km/h）で30秒の歩行を行い，筋活動データの10歩行周期分の加算平均波形を作成した。筋シナジーの抽出には非負値行列因子分解を用いた。健常成人と膝OA間の類似性の検討には，シナジー波形は相互相関分析，筋間活動比はピアソンの積率相関係数を用いた。
【結果】
膝OA患者3名のうち2名は明瞭な筋活動を示した筋が8筋で，抽出されたシナジー数が2つであった。残りの1名（grade2）は健常者と同様に3つのシナジー（シナジー1，2，3）が抽出されたため，各シナジーの類似性の検討を行った。各シナジーの活動は，シナジー1が荷重応答期，シナジー2が立脚後期，シナジー3が遊脚期に生じた。シナジー波形は，全被験者で高い相関を示し，シナジー1が0.97，シナジー2が0.93，シナジー3が0.95であった。健常成人と膝OA患者間の筋間活動比は，シナジー1が0.55，シナジー3が0.73と中等度の相関を示したのに対して，シナジー2が0.29と低い相関を示した。
【結論】
先行研究にて，歩行時の筋シナジーは不変であることが明らかとなっている。今回計測した膝OA患者においても，シナジー波形は健常者と類似したが，筋間活動比はシナジー2で差異が認められた。これは，本来シナジー2は腓腹筋とヒラメ筋をグループ化し下肢の蹴り出し時に活動するが，膝OA患者ではヒラメ筋のみ高い活動を示したためであると考えられる。腓腹筋は，前脛骨筋と共に荷重応答期に活動するシナジー1に共同収縮としてグループ化された。このことから，膝OAでは共同収縮の影響により健常成人と異なる非効率的な筋シナジーを呈することが示唆された。今後他の力学データとの対応関係について検証することで，膝OAの評価・治療に客観性の高い新たな指標として筋シナジーを使用できる可能性がある。
運動制御における冗長性問題の解決策として，筋シナジーが存在する。筋シナジーとは，活動タイミングが類似する筋活動をグループ化し，中枢神経系の制御を単純にしているという仮説である。その中で，ヒトの歩行は4つから5つの筋シナジーで達成されると報告された。本来，筋シナジーは中枢神経系の制御を解明するために発展したため，運動器疾患に対する応用は進んでいない。変形性膝関節症（以下，膝OA）は，異常筋活動を示すため，正常歩行とは異なる筋シナジーが抽出される可能性がある。そこで本研究の目的は，膝OAに特徴的な筋シナジーを抽出し，膝OA歩行の評価・治療に対する指標とすることである。
【方法】
対象は健常成人3名と疼痛のない膝OA患者3名とした。床反力計付きトレッドミル（BERTEC社），筋電計12ch（Delsys社）を用いて床反力，筋活動を測定した。対象筋は，片側の脊柱起立筋，大殿筋，中殿筋，大腿筋膜張筋，股関節内転筋群，大腿直筋，内側広筋，半腱様筋，大腿二頭筋，前脛骨筋，腓腹筋内側頭，ヒラメ筋の計12筋とした。被験者はトレッドミル（3km/h）で30秒の歩行を行い，筋活動データの10歩行周期分の加算平均波形を作成した。筋シナジーの抽出には非負値行列因子分解を用いた。健常成人と膝OA間の類似性の検討には，シナジー波形は相互相関分析，筋間活動比はピアソンの積率相関係数を用いた。
【結果】
膝OA患者3名のうち2名は明瞭な筋活動を示した筋が8筋で，抽出されたシナジー数が2つであった。残りの1名（grade2）は健常者と同様に3つのシナジー（シナジー1，2，3）が抽出されたため，各シナジーの類似性の検討を行った。各シナジーの活動は，シナジー1が荷重応答期，シナジー2が立脚後期，シナジー3が遊脚期に生じた。シナジー波形は，全被験者で高い相関を示し，シナジー1が0.97，シナジー2が0.93，シナジー3が0.95であった。健常成人と膝OA患者間の筋間活動比は，シナジー1が0.55，シナジー3が0.73と中等度の相関を示したのに対して，シナジー2が0.29と低い相関を示した。
【結論】
先行研究にて，歩行時の筋シナジーは不変であることが明らかとなっている。今回計測した膝OA患者においても，シナジー波形は健常者と類似したが，筋間活動比はシナジー2で差異が認められた。これは，本来シナジー2は腓腹筋とヒラメ筋をグループ化し下肢の蹴り出し時に活動するが，膝OA患者ではヒラメ筋のみ高い活動を示したためであると考えられる。腓腹筋は，前脛骨筋と共に荷重応答期に活動するシナジー1に共同収縮としてグループ化された。このことから，膝OAでは共同収縮の影響により健常成人と異なる非効率的な筋シナジーを呈することが示唆された。今後他の力学データとの対応関係について検証することで，膝OAの評価・治療に客観性の高い新たな指標として筋シナジーを使用できる可能性がある。