肩の神経筋制御に対する運動トレーニングの効果

意義

人間の肩複合体は、手の操作に必要な大きな可動域と引き換えに、安定性を犠牲にしています。 骨の合同と靭帯の制約の固有の不安定性により、筋肉の動的制御は、動作中に肩を安定させる上で重要な役割を果たします。 回旋筋腱板の筋肉は肩関節の主な安定装置として機能し、三角筋は動作に必要なトルクの大部分を提供します。 したがって、三角筋と回旋筋腱板の筋肉の調整は、スムーズで効率的な肩の機能に不可欠です。 これらの筋肉の神経筋制御の障害は、怪我や痛みにつながる可能性があります。 その結果、リハビリテーション プログラムは、痛みを軽減し、肩の機能を改善するために、これらの肩の筋肉の正常な神経筋制御を回復することを目的としています。 リハビリテーション プログラムは、痛みの軽減と機能の改善にプラスの効果があることが実証されていますが、肩の筋肉の神経筋制御を改善するのに役立つかどうかはまだわかっていません。

三角筋は、肩を上げるのに必要なトルクの大部分を提供しますが、関節窩に対して上方に直接的な力を生み出すこともできます. このせん断力は上腕骨頭を上方に引っ張る傾向があり、その結果、肩峰下スペースが減少する可能性があります。 ローテーターカフの筋肉が適切に機能すると、ローテーターカフの筋肉の作用線によってセンタリング力が生じ、上腕骨頭を関節窩の中心に維持するのに役立ちます。 しかし、回旋筋腱板の筋肉が腕の動きの間に十分な力を生み出すことができない場合、三角筋によって生み出される優れたせん断力が上腕骨頭の優れた並進をもたらすという仮説が立てられています。 この異常な変位は、肩峰下組織の衝突を引き起こし、最終的には組織の損傷や痛みにつながる可能性があります。

従来、肩のリハビリ プログラムは、回旋腱板の筋肉が高い筋活動を示す肩の動きを使用して回旋腱板の筋肉を強化することに重点を置いていました。 ただし、これらの活動は回旋腱板の強化につながりますが、回旋腱板に課される反復的なストレスが、三角筋せん断力に対抗するのに役立つ神経筋の適応をもたらすかどうかは不明です.

リハビリテーションのこのストレスは、神経筋構造の神経学的および生理学的変化を誘発し、肩複合体全体の神経筋制御を変化させる可能性があります。 運動学および筋電図 (EMG) 測定は、神経筋制御の研究に広く使用されています。 運動学的測定は動きのパターンを示しますが、EMG は筋肉発火のタイミング、順序、大きさを示します。 異常な運動学と EMG パターンは、肩インピンジメントの患者で実証されています。 神経筋制御のパラメーターを測定することで、肩の運動トレーニングの根底にあるメカニズムと、神経筋構造が運動トレーニングのストレスにどのように適応するかについての理解を深めることができます。 より具体的には、これらの評価を使用して、リハビリテーション プログラムが、頭上のスポーツ活動や重い物を運んだり持ち上げたりするなどの活動からのストレスを肩の筋肉が処理するのに役立つ積極的な適応をもたらすかどうかを評価することができます。 最終的には、これを使用して、アスリートのためのより効率的なトレーニング プログラムと、肩の負傷者のための効果的なリハビリテーション プログラムを設計することができます。

革新

バイオメカニクス、整形外科リハビリテーション、およびスポーツの分野で肩の神経筋制御が調査される場合、一般に運動学と EMG に焦点が当てられます。 これらの運動学および EMG パラメーターは、運動コマンドの実行の結果として、運動中に肩複合体がどのように制御されるかを表します。 神経疾患患者で広く検討されている皮質脊髄興奮性は、最近、バイオメカニクス、整形外科リハビリテーション、およびスポーツ分野にも適用されています。 皮質脊髄興奮性は、皮質脊髄経路に沿った神経伝達の有効性を表します。 神経障害に加えて、整形外科の損傷や痛みも皮質脊髄の興奮性に影響を与える可能性があります。 たとえば、非外傷性肩不安定症の被験者では、僧帽筋下部は興奮性の低下を示します。 また、最初の背側骨間での実験的な強直性筋肉痛は、皮質および脊髄の興奮性の抑制をもたらします。 同様に、実験的に誘発された急性腰椎痛は、体幹の筋肉に対するさまざまな影響と関連しています。 腹横筋などの深部の腹筋では、皮質脊髄興奮性の低下が見られました。 対照的に、腰椎起立筋や外腹斜筋などのより表面的な筋肉は、興奮性の増加を示しました。 全体的な運動戦略を示す運動学と EMG 測定に加えて、皮質脊髄興奮性は、三角筋と回旋筋腱板の筋肉が一次運動皮質から脊髄を介して筋肉までどのように制御されているかについての詳細を調査するためのもう 1 つの有望なパラメーターです。

一貫した証拠は、運動技能トレーニングが興奮性の増加と関連していることを示唆していますが、筋力トレーニングが皮質脊髄の興奮性に及ぼす影響はまだよく知られておらず、筋肉とトレーニングタスクに依存している可能性があります. 神経筋制御のトレーニングは、運動学習と筋力トレーニングの両方に関連している可能性があります。 制御と発火パターンは意識的に直接再学習することができ、これには筋力と運動学習の増加が含まれます。 学習プロセスに関連しているため、トレーニング後に興奮性が高まる可能性があります。 興奮性の変化は運動学習効果と相関することが示されているため、トレーニング後の興奮性の変化は回旋腱板筋電図の変化と相関する可能性があります。 反復練習の後、意識的な動きのパターンが自動的になり、回旋筋腱板の活性化の EMG パターンが変化することがあります。

この研究の目的は、(1) 運動学、筋電図、皮質脊髄興奮性を含む健康な被験者の肩関節複合体の神経筋制御に対する運動トレーニングの効果を調査すること、および (2) 皮質脊髄興奮性、筋電図および筋電図との関係を調べることです。力対策。 この研究の結果は、運動トレーニングの根底にある神経学的および生体力学的メカニズムを理解するのに役立ち、アスリートまたは肩の怪我をした患者のためのトレーニングまたはリハビリテーションのプロトコルを設計するのに役立つ可能性があります.

アプローチ

回旋筋腱板運動の効果を調査するために、ランダム化された制御実験計画が使用されます。 健康な被験者が募集され、運動群と対照群の 2 つのグループに無作為に割り当てられます。

すべての措置は、4 週間の治療の前後に 2 回行われます。 細線筋電図 (EMG) 電極は、回旋腱板の棘上筋と棘下筋に挿入されます。 三角筋中部と肩甲骨には表面筋電図電極を使用します。 経頭蓋磁気刺激 (TMS) は、三角筋と回旋筋腱板の筋肉の皮質脊髄興奮性を評価するために使用されます。 フラットな二重コイル刺激コイルを使用して、運動皮質、正中線と両耳介線の二等分線の約 4 cm に単一パルス刺激を提供します。 肩の運動学を測定するために、電磁追跡センサーが腕、肩甲骨、胸部に取り付けられます。

皮質脊髄興奮性のパラメータは、腕が 90° の仰角にあり、ベースラインの筋肉収縮レベルが 10% の最大随意収縮 (MVC) の場合にも測定されます。 TMS 刺激強度は、しきい値より 10% 低く設定され、応答が飽和するまで 5% ずつ増加します。 刺激の各強度で 5 つの刺激が配信されます。 運動誘発電位 (MEP) のピーク ツー ピーク振幅が測定され、各強度での 5 回の試行で平均化されます。 刺激強度と MEP 振幅の関係の曲線はシグモイドであり、ボルツマン方程式に適合します。

MEP(s) = MEPmax/(1+ e^(m(S - 50s)))

この式で、MEP(s) は運動誘発電位の振幅、MEPmax は MEP の最大振幅、m は関数の傾き、S50 は MEP が MEPmax の 50% になる刺激強度です。 関数のピーク勾配はＳ５０で発生する。 曲線のしきい値は、最大勾配の点における関数の接線の x 切片です。

3 つのパラメーター、MEPmax、m、および x インターセプトしきい値は、皮質脊髄路の興奮性の詳細を提供する皮質脊髄興奮性をモデル化するために使用されます。 X切片閾値の値は、運動閾値に似ており、最も興奮性の皮質脊髄要素と運動ニューロンを活性化するために必要な刺激強度を表します。 傾きは、皮質脊髄路の動員効率 (ゲイン) を示します。 MEPmax は、皮質脊髄路の興奮性成分と抑制性成分のバランスを反映しています。

肩甲骨と上腕骨の運動学、回旋筋腱板と三角筋の動的EMGは、肩甲骨面での腕の上昇の3回の試行中に記録されます。 二乗平均平方根 EMG データは、腕を 0° から 120° まで上げている間の 30° の 4 回の動きで計算されます。 肩甲骨の運動学は、30°、60°、90°、および 120°の上腕骨挙上で提示されます。

被験者は、肩の固有感覚をテストされます。 彼らはゴーグルを着用し、ターゲットに到達するように導くための視覚的な手がかりを与えます. 3 つの目標位置が提示されます: 肩甲骨面で 50 °、70 °、および 90 ° の上腕胸郭仰角。 被験者は、横で腕をリラックスさせた後、視覚的な合図なしで再びターゲットに到達するように指示されます。 ターゲット角度と返された角度の誤差が計算されます。

どちらの治療プログラムも 4 週間続きます。 運動グループの被験者は、肩インピンジメント症候群の標準的なリハビリ運動を行います。 このエクササイズは、Karduna 博士によって実施された以前の治療研究に基づいており、回旋筋腱板の筋肉の促進と強化に重点を置いて修正されます。 対照群の被験者は運動を受けません。 対照被験者は、通常の活動を維持するよう求められ、評価は 2 回だけ行われます。

対照群と運動群との間の治療後の神経筋制御の違いを調べるために、双方向混合設計分散分析 (ANOVA) が使用されます。 従属変数は、治療後の運動学、EMG、および興奮性の変化になります。 独立変数は、上腕骨の仰角とグループになります。 TMS 測定値、EMG 測定値、および力の変化の間の相関関係は、相関分析によって調べられます。