理学療法士講習会応用編 脳卒中歩行病態の評価と 3D 下肢装具療法 平成 26 年 7 月 19 20 日 ( 株 ) リハライフ 神経学的解釈と運動学的解釈 神経系専門理学療法士梅田匡純 京丹後市立弥栄病院リハビリテーション科
2005.10 第 2 回 PKAFO 療法講習会参加.12 1 症例目回復期脳梗塞左片麻痺 2006. 5 2 症例目回復期脳出血右片麻痺 10m 歩行 5 秒 この間 8 週間
2005.10 第 2 回 PKAFO 療法講習会参加.12 1 症例目回復期脳梗塞左片麻痺 2006. 5 2 症例目回復期脳出血右片麻痺 10m 歩行 5 秒. 8 3 症例目維持期脳出血左片麻痺 この間 3 週間
維持期脳卒中症例の車いすからの脱却 歩行自立度 開始約 3 週間で歩行自立 生活自立 歩行自立レベル 近位監視歩行レベル 車いす 歩行レベル 車いすレベル 67 秒 /10m 38 歩 80 秒 /10m 41 歩 11 秒 /10m 19 歩 14 秒 /10m 22 歩 入院 通所などでの回復過程 PKAFO 療法 発症 1 年 1 年 8 ヶ月 2 年経過期間
脳卒中のリハビリテーション 神経生理学的根拠に基づいたアプローチ 認知運動療法 Bobath PNF CIMT BWSTT TMS ほか 解剖学神経生理学運動学系統発生学発達学心理学 ほか
本日の主な論点 理論的背景は定まってきているが 装具 = 固定 からの転換 ほどよい制限と可動性 P.KAFO が生体に与えている影響 筋電図学的検証
運動制御の基本的枠組み ( 高草木 2010)
( 高草木 2010) 内側運動制御系と外側運動制御系 内側運動制御系と外側運動制御系
運動に先行する姿勢セットと精緻運動の神経機構に関する作業仮説 すべての運動において 姿勢の制御 (postural set) が随伴しており 先行する姿勢制御がない限り 意図する運動を実行できない ( 高草木,2010)
先行随伴性姿勢制御 Anticipatory Posture Adjustments ; APAs 先行性姿勢制御 (Preparatory APAs : papas) 随意運動によって生じる姿勢の乱れを予測し 運動に 50msec 以上 (100msec という文献もある ) 先行して姿勢を安定させる 主に同側性支持性に伴う体幹の活動 随伴性姿勢制御 (Accompanying APAs : aapas) 随意運動中 姿勢を安定させている 特に 末梢部の運動に先行する近位部 ( 肩甲帯や股関節など ) の活動
先行随伴性姿勢制御 Anticipatory Posture Adjustments ; APAs 姿勢と運動の全体的企画 運動前野 補足運動野大脳基底核 小脳など papa 信号 皮質橋網様体脊髄路 早い 100ms~ 視蓋脊髄路 赤核脊髄路 aapa 信号 papa papa/aapa aapa 皮質延髄網様体脊髄路 橋 延髄網様体 運動発現の信号第一次運動野 (4 野 ) 遅い 300~ 400ms 外側皮質脊髄路 同側体幹 吻側橋網様核 同側頭部反対側リーチ 尾側橋網様核延髄巨大細胞性網様核 両側 : パターン発生器 延髄巨大細胞性網様核 反対側の運動 ( 手の運動 ) (Schepens B 2004)
予測的姿勢調整 (APA s) 姿勢の安定性が低過ぎても 高過ぎても APA s は生じにくい (Aruin et al 1998, Weaver et al 2012) 転倒の恐怖感があると減弱する (Adkin et al 2002) 一側上肢での強い把握は APA s を減弱させる (Roberto et al 2012)
姿勢制御のための脊髄小脳路 背側脊髄小脳路 : 位置覚や運動の正確な情報 ( 固有感覚情報 ) を小脳に伝える 筋紡錘 ゴルジ腱器官 皮膚受容器 関節受容器からの情報を伝える 交差しない 腹側脊髄小脳路 : 全般的な感覚情報と現在進行している運動 ( 活動 ) の情報を伝える 2 回交差する 運動の階層性制御森茂美運動制御と運動学習協同医書出版社 1997
( 高草木 2010) Half center model Rhythm generator Pattern formation
CPG は四肢の協調された動きから生まれる 上肢と下肢の運動の間 規則的にこれらの四肢を調整するリズミカルな CPG コントローラーがある 中央の疑問符は未知の領域を表すが 固有脊髄路と上位脊髄の連結を推定した点に注意が必要 上肢と下肢における CPGs の対側対同側の相対的な強さは ヒトでは不確定 E.Paul Zehr: Neural Control of Rhythmic Human Movement: The Common Core Hypo thesis; Exercise and Sport Sciences Reviews, 2005
筋線維の種類と性質 性質 筋線維の種類 S 型 FR 型 FF 型 収縮速度 遅い 速い 速い 疲労度 極めて難 難 易 運動ニューロンサイズ 小 中 大 神経支配比 小 中 大 閾値 低 中 高 支配筋線維 Ⅰ(SO) Ⅱa(FOG) Ⅱb(FG) 収縮タイプ 持久型 パワー型 瞬発型 張力 低 高 遅高
(Henneman;1965) サイズの原理 収縮張力が小さく 疲労しにくい筋線維を支配している α 運動ニューロン ( 神経細胞体が小さく 動員閾値が低い ) から順次動員される 姿勢筋は筋細胞が小さく 閾値が低いので発火しやすく 疲労しにくい ヒラメ筋 腓腹筋
(Christensen:2001)
単関節筋と二関節筋 姿勢筋は単関節筋で深部に多い 単関節筋は重力対応のために生まれた筋であり 二関節筋は運動制御担当のために生まれてきた したがって寝たきりになり 重力負荷が消えると一番に衰えるのは単関節筋 ( 熊本水頼 : 二関節筋 医学書院 2008) 姿勢異常を有する多くの症例は単関節筋が機能不全を起こし 多関節筋が過剰に機能している ( 理学療法 :p182.2007.1) 姿勢筋は typeⅠ( 遅筋 ) ヒラメ筋は 89% が typeⅠ 単関節筋 : 主として関節の固定と正しい運動方向の誘導 二関節筋 : 大きな運動をつかさどる ( 関節モーメントを発揮する ) 筋 ( 福井勉 ) ( 大槻資料より一部改変 )
( 堀清記 ;1999) 筋線維タイプによる反応 typeⅠ 線維では刺激頻度が多くなると 加重による融合が生じ 強縮 (tetanus) となって単収縮時より大きな張力となる typeⅡ 線維では大きな張力を発生するが 頻度が多少高い刺激でも加重は生じない
P.KAFO 効果の神経学的裏付け 54 歳男性維持期右視床出血 第 10 回日本神経理学療法学会学術集会演題 2013.12.14 15
介入前 (1/18) 短下肢装具 (DPC 足継手 ) 大殿筋 外側広筋 半腱様筋 前脛骨筋 腓腹筋 ヒラメ筋 サイドケイン 3 動作後ろ型
下腿前後傾角 (SVA ; shank to vertical angle) ROM 移動軸 : 下腿 基本軸 : 靴底
プラスチック製長下肢装具 (PKAFO) ROM SVA 伸展 -10 制動四頭筋活動を促通させる 底屈 5 制動伸張反射を惹起させない 踵補高 (35 mm )
2 週間後 (1/31) PKAFO 大殿筋 外側広筋 半腱様筋 前脛骨筋 腓腹筋 ヒラメ筋 サイドケイン 3 動作揃え型
10 週間後 (3/27) PKAFO 大殿筋 外側広筋 半腱様筋 前脛骨筋 腓腹筋 ヒラメ筋 杖なし
歩行中の EMG のタイミングと相対的な大きさ (Knutson LM, Soderberg GL.1995)
歩行学習の過程 大殿筋 荷重連鎖障害 促通期 再構築期 介入前 2 週間後 10 週間後 外側広筋 半腱様筋 前脛骨筋 腓腹筋 ヒラメ筋 フットスイッチ 膝角度 2 50 sec 3 00 sec 1 22 sec 立脚 : 遊脚 73:27 76:24 51:49
踵骨は床面との相性が良いとはいえない ( ネッター解剖学アトラスより )
Clinical Reasoning 踵の形状は不安定転がる (Rocker Function) には最適 足関節周囲筋によってスティッフネスを高め安定化させる必要あり 外側運動制御系の活動を求める必要がある 伸張反射経路の興奮が増大される (Christensen) 特に typeⅠ 線維を多く含むヒラメ筋は閾値が低く影響を受けやすい 伸張反射亢進 加重 強縮 踵骨は床面との相性が良いとはいえない 痙性は荷重連鎖となる足部と膝 股関節の運動制御を困難にさせる ( 佐藤 ) ( ネッター解剖学アトラスより )
立脚初期 ヒラメ筋の痙縮を惹起させない Heel Contact をつくる 皮質脊髄路障害に対して末梢のコントロール ( 外側系 ) は課題が大きい 下腿三頭筋に過度な伸長を課さず踵のウェッジと底屈制動で SVA を整えることが効果的な荷重連鎖を開始させる 膝伸展を制動し 股 体幹に床反力を伝える 踵骨は床面との相性が良いとはいえない 立脚相の抗重力伸展活動を促通する 外側系の課題をコントロールし 内側系の姿勢制御を優先的に求めるアプローチ ( ネッター解剖学アトラスより )
安静時 typeⅠ 線維の反応が変化した
介入前 (1/18) 大殿筋 外側広筋 半腱様筋 前脛骨筋 腓腹筋 ヒラメ筋
10 週間後 (3/27) の歩行練習の前 大殿筋 外側広筋 半腱様筋 前脛骨筋 腓腹筋 ヒラメ筋
10 週間後 (3/27) の歩行練習のあと 大殿筋 外側広筋 半腱様筋 前脛骨筋 腓腹筋 ヒラメ筋 14 秒後
安静時筋活動の変化 ( 腓腹筋とヒラメ筋 ) 平均活動電位 (μv) 1.18 練習前 1.03 7.53 Modified Ashworth Scale 3 3.27 練習前 1.42 1.22 3.27 練習後 1.23 3.03 Modified Ashworth Scale 2 3.65μV 14 秒後 1.78μV
P.KAFO 効果の運動学的裏付け 70 歳男性両下肢痙性麻痺 第 53 回近畿理学療法学術集会演題 2013.11.3
Heel Rocker をターゲットに底屈制動機能を備えた製品が注目されてきた が
足関節背屈制限が立脚相に与える影響 先行研究 立脚終期の下腿三頭筋の働きを代償し heel off が出現することで 膝伸展角度が保持できた ( 岡村 ;2012) 麻痺側立脚中期の足関節底屈筋の活動を補助し 膝折れを防ぐ ( 小山ら ;2006 高木ら ;2007 岡田ら ;2013) 目的 足背屈制動によって ankle rocker から forefoot rocker に必要な下腿三頭筋の筋活動を補うことが 下腿の前方傾斜を抑制し膝折れを防ぐことを筋電波形から検証すること
正常歩行立脚相の rocker function3 相 Heel rocker Ankle rocker Fore foot rocker
正常歩行立脚相の rocker function3 相 重心を上昇させる Heel rocker Ankle rocker Fore foot rocker MSt. 以降の足底屈パワーが重要
弛緩性麻痺によくみられる膝折れ 歩行中断 Heel rocker Ankle rocker Fore foot rocker
対象 70 歳代男性両下肢痙性麻痺 (T6 7 化膿性脊椎炎 ) フランケル分類 D1 足クローヌス + Barthel Index85 点歩行能力 両側ロフストランド杖両側長下肢装具理学療法室内自立 Th6 Th7 左側立脚 右側立脚 MSt 時に両側膝折れやスナッピングが生じ その現象が著明な右側 ( 下図 ) を被検側とした
測定条件 1 共通条件 CCAD ジョイント (FRAP 技研 ) 付長下肢装具膝継手伸展制動 -10 足継手底屈制動なし 条件 A 足関節背屈制動なし 条件 B 足関節背屈制動あり 条件 A 足関節背屈制動なし 膝伸展制動 -10 膝伸展制動 -10 膝伸展制動 -10 SVA 0 (Shank to vertical angle) 制動なし 前方ストッパーによる背屈制動 制動なし
測定条件 2 自由歩行を条件 A- 条件 B- 条件 A の順で測定 被検筋 大殿筋外側広筋半腱様筋前脛骨筋腓腹筋ヒラメ筋 計測条件 機器 Noraxon G2 インピーダンス 10kΩ 以下電極間距離 25mm 解析方法 1 フットスイッチにより 歩行周期を特定する 2 生波形を正規化 RMS 処理 (50msec) し 安定した 5 歩行周期の電位 (μv) の平均と標準偏差を求めた 3 測定条件下 (A-B-A ) の立脚相のみを抜き出し それを 100% とした 4 各筋がピーク電位 (μv) を示したタイミングを立脚相に換算し 測定条件間での変化を検証した 5 正常歩行時の活動ピークは RLANRC を参考にした
歩行中の EMG のタイミングと相対的な大きさ % 100% (Knutson LM, Soderberg GL.1995)
結果 各筋の筋電波形がピークを示した立脚相のタイミング 立脚相の時間 ( % ) 120 100 80 60 40 104.7 67.9 57.1 104.7 95.5 73.8 61.9 57.6 54.9 大殿筋外側広筋半腱様筋前脛骨筋腓腹筋ヒラメ筋 正常歩行時のピーク 大殿筋 13.7% 外側広筋 18.4% 半腱様筋 159.2% 前脛骨筋 12.2% 腓腹筋 75.5% ヒラメ筋 81.6% RLANRC 部分修正 ¹) 20 0 21.9 21.2 18.8 14.1 16.7 12.5 11 6.1 3.1 条件 A 条件 B 条件 A
今回の足関節背屈制動によって生じた腓腹筋のピーク時期の Tst. への遅れは 下図右のメカニズムを発生させ 荷重連鎖から生じる下肢の抗重力伸展活動を促すことができる環境が整えられる可能性があると考えた 足関節背屈制動なし 足関節背屈制動あり 重心の高さ 重心の高さ 4 重心の急激な下降を避ける 3 実効長の延長 背屈モーメント 1 底屈モーメント発生 足関節を中心とした円軌道 2 支点の移動 (FR) 中足指節間関節を中心とした円軌道
足関節背屈制動なし 足関節背屈制動あり
正常歩行立脚相の rocker function3 相 重心を上昇させる Heel rocker Ankle rocker Fore foot rocker 装具に求められる機能 足底屈制動 足背屈制動
2014.3.1 京都 伊根町 舟屋の里 において
受動歩行ロボット ( 円弧型足部 ) 重力効果のみによって 遊脚膝が自然に曲がり脚の振り抜きが行われる. これは 本質的にリンク構造のみで 歩ける ことを意味している ( 佐野 )
2005.10 第 2 回 PKAFO 療法講習会参加.12 1 症例目回復期脳梗塞左片麻痺 2006. 5 2 症例目回復期脳出血右片麻痺 10m 歩行 5 秒台. 8 3 症例目維持期脳出血左片麻痺 2007. 7 5 症例目中心性頸髄損傷不全痙性四肢麻痺.11 9 症例目頸椎症性頸髄症不全痙性四肢麻痺両 TKA 2014. 5 脊柱管狭窄症手術後両下肢弛緩性麻痺 MMT poor
床反力を効率よく膝 股 体幹に伝えることで 筋力が乏しくても PKAFO の構造によって シェル構造をリンク構造の作用に変換でき 立脚相を得ることが可能となっている
床反力を効率よく膝 股 体幹に伝えることで 筋力が乏しくても PKAFO の構造によって シェル構造をリンク構造的な作用に変換でき 立脚相を得ることが可能となっている
足部の形状の違い ギネス認定実機 ( 円弧型足部 ) 人足型足部
( 名古屋工業大学佐野研究所より資料提供 ) 足関節部 前足部
受動歩行ロボット ( 人足型足部 ) 足関節に動きを与えると両脚支持期が約 20% 生じ ヒトの歩行に近づくが 難易度は非常に高くなる
P.KAFO の特長 生体との親和性 シェル型構造 前面の大腿カフ 足関節と膝関節の同時制御
金属素材と生体の親和性 背屈制限なし 背屈制限あり 膝継手遊動の金属支柱型長下肢装具を健常者が装着し ダブルクレンザック足継手を制限なしと前方制背屈制限 0 限背屈 0 度 ( ロッド固定 ) の際の筋活動
金属どおしの衝撃の強さ
シェル型構造 内部に脚を収めることができる 接触面積が広い コントロールしやすい 装具の内部に人の下肢が収まることで リンク構造として機能することに加え 下肢の活動の制限と促通などコントロールが容易に可能となっている
前面の大腿カフ 足と膝を同時にコントロールできる 大腿カフ 伸展制動 膝軸のモーメントアーム 背屈制動 足軸のモーメントアーム 床反力ベクトル 大腿カフが前面にあることで 足底接地の際に床反力ベクトルを膝軸より前方で得ることができ 下肢を抗重力伸展方向に促す
本日のまとめ 歩行練習の理論的背景は同じ 神経学的 運動学的に適した調整が可能 姿勢制御 (postural set) を先行するアプローチを行った 筋活動の促通効果が期待できる ( 膝 股関節 ) 背屈制動によりankle rocker 以降のコントロールが可能 少ない筋活動で効率のよい歩行を可能にする 装具の調整と筋電波形の変化
みなさまとディスカッションができればと思っていますご清聴ありがとうございました