変形性膝関節症における体性感覚刺激

世界中で、60 歳以上の男性の 9.6% と女性の 18% が変形性関節症 (OA) に苦しんでおり、そのほとんどが膝に関係しています。 OA 患者集団内で、OA 患者の 80% は運動制限があり、25% は日常活動の大部分を行うことができません (WHO)。 OA は、可動域の減少、筋力低下、固有受容感覚の障害、および痛みを含む、運動および感覚の機能障害を伴う進行性の関節軟骨障害です。 これらの症状のいくつかは、関節原性筋抑制 (AMI) に寄与します。これは、GABA 作動性抑制メカニズムによって媒介される可能性が最も高い、影響を受けた関節を取り囲む筋肉への運動出力の反射的な減少です。

AMI は、中枢神経系に伝達される異常な求心性情報を特徴とし、その結果、大腿四頭筋運動ニューロン (MN) への求心性フィードバックが変化し、その特定のプールの興奮性が低下します。 変化した求心性入力は、関節液貯留または過度の動きによる機械受容器の刺激、痛みへの反応としての侵害受容器、または関節受容器の喪失に起因することが示唆されています。 中枢神経系の役割に関する証拠は乏しいが、アルファ MNs に直接影響を与えるシナプス前およびシナプス後の脊髄メカニズムが影響を受けているようだ。 γループの機能不全も関与しているようです。 これらのメカニズムが一緒になって、随意大腿四頭筋のトルク、力の制御、およびしばしば H 反射によって測定される反射興奮性の異常によって現れる AMI をもたらします。

したがって、運動機能障害は OA 患者にとって重要な制限要因であり、運動因子と感覚因子が関与しています。 運動遠心性神経の明らかな役割に加えて、感覚求心性神経も運動制御に影響を与え、固有受容機能の低下はチェアスタンドのパフォーマンスの低下を予測します。 感覚障害の軽減は、潜在的に膝 OA の運動機能を増加させる可能性があります。 本研究は、求心性入力を増加させる形である低強度の末梢電気神経刺激が、OA患者の運動機能を潜在的に改善できるかどうかを評価することを目的としています。 しかし、OA 患者の最も制限的な要因は、安静時および運動中に経験する痛みです。 高周波刺激パラダイムは通常、痛みを軽減するために使用されますが、40 ～ 50 分間の低周波電気刺激 (4 Hz、< MT 強度) も、安静時の痛み、運動中の痛み、および痛みの感受性を軽減するのに効果的です。最近の系統的レビューでは、証拠が限られていることを考慮して、これらの効果の一貫性に疑問を投げかけています。 私たちの知る限り、末梢電気神経刺激後の痛みの軽減に関する明確な生理学的説明はありませんが、経験した痛みの軽減は、鎮痛の減少、つまり侵害受容ニューロンの興奮性の低下によって媒介される可能性があります。

末梢神経および筋肉の電気刺激は、筋力、運動能力、脊髄および皮質の興奮性を調節するために、さまざまな形で適用されてきました。 神経筋電気刺激 (NMES) 誘発力は、最大随意収縮力の 112% までのトルクを生成でき、70 ～ 80 Hz までの刺激周波数の増加に伴い増加します。

NMES は主に筋力の増加に焦点を当てていますが、低強度の体性感覚電気刺激 (SES) は、神経疾患の患者や健康な参加者の運動能力の獲得を促進するために使用されています。 SES は、グループ Ia、Ib、および II 求心性神経、ならびに二次筋求心性線維を興奮させます。 SES は、10 Hz で高い感覚強度 (知覚閾値の 2 ～ 3 倍) で末梢神経に適用された場合に最も運動能力を向上させます (SES は 10 Hz で 5 つのパルスからなる 1 Hz 列で適用されます)。 高周波経皮電気神経刺激 (TENS) と感覚運動トレーニングは、膝 OA 患者の膝固有感覚の障害を反映した再配置エラーを引き起こす可能性があります。 したがって、TENSとSESの両方が、膝の固有受容に関与する求心性線維を興奮させます。 膝固有感覚の障害は、力を正確かつ着実に制御する能力の障害および偏心筋力の障害と関連しています。 誘発された筋力の増加が代謝、肥大、およびおそらく脊椎メカニズムの変化を伴う可能性が最も高いNMES、および大径の一次求心性神経が痛みの軽減において極めて重要であるTENSとは対照的に、SESは皮膚と固有受容の両方の感覚経路を標的とします。これは、OA に関与する感覚障害を軽減するための適切なターゲットと思われます。

SES は脳卒中患者の運動機能を改善することができますが、そのような改善が膝 AO 患者で発生するかどうかは不明です。 SES による一次求心性神経の興奮は、SES が機能不全の関節を取り囲む大腿四頭筋の α-MN への求心性入力にプラスの影響を与え、痛みを軽減するという仮説の生理学的根拠として役立つ可能性があります。 健康な参加者と脳卒中患者で以前に示されたように、SES による求心性入力の増加は、機能不全の膝関節の追跡性能の増加によって測定される運動制御を向上させると予想されます。 視覚運動追跡のタスク バリアントとして、力の安定性と精度は SES 後に増加すると予想されます。これは、これらの措置が固有受容感覚に関連しているためです。 この予想が正しければ、SES は、大腿四頭筋の強度とパワーを改善するように設計された NMES およびその他の運動療法の効果を増強するためのプライマーとして、将来の研究およびリハビリテーション プロトコルで使用できます。 第二に、SESが痛みを軽減し、運動制御を向上させる場合、SESは手術を延期する可能性があり、日常生活の活動を改善するための人工膝関節全置換術に適していない、またはそれに抵抗する患者の補助療法として役立つ可能性があります.

したがって、本研究では、膝 OA を患っている患者の大腿神経の 60 分間の SES (運動閾値強度で 10 Hz で 1 Hz 列の 5 つのパルス) の急性および遅延効果を調べます。図 1 は、提案された研究デザインの概略図を示しています。 最初のステップとして、5 ～ 6 人の健康な個人を対象としたパイロット実験で、30 分間の SES 後に何らかの効果や傾向が観察されるかどうかを明らかにする必要があります。持続時間は、神経疾患患者の改善に使用される 120 分間の標準を考慮すると、おそらく 60 分間がより最適です。 '手の機能。 この研究の主な結果は、大腿四頭筋の力ではなく、膝の位置に基づくターゲット追跡を使用して評価された運動協調です。これは、位置対力が痛みの影響を受けにくく、現在の状況により適しているためです。 副次的な結果は、力の安定性と精度の向上、最大随意筋力、および日常の身体機能に反映される運動制御と固有受容です。 研究者らは、以前のデータに基づいて、SES によって誘発された求心性入力が OA の結果としての感覚入力の異常を減らし、したがって運動制御を向上させるという仮説を立てています。