リサーチ
2025年5月29日
脳卒中における運動制御の深い理解： 痙縮と上肢の回復に関する強直性伸張反射の閾値とμからの臨床的洞察
はじめに
脳卒中では、上肢（UL）の感覚運動障害が持続することが多いが、従来のリハビリテーションでは、根本的な運動制御障害の標的が不十分なこともあり、その効果は限定的であった。 現在の臨床指標では、機能障害の微妙な変化をとらえきれないことが多く、脳卒中後の痙縮をより客観的にとらえるバイオマーカーの必要性が強調されている。
臨床実践を神経生理学的理論に立脚させるため、この総説では、競合する2つの運動制御の枠組みと、脳卒中の回復に対するそれらの意味を分析する。
コンピュテーショナル・アプローチ- この理論では、運動制御をロボットシステムになぞらえ、脳が内部モデルを用いて正確な運動コマンド（関節角度や筋力など）を事前に計算する。 それは、神経系が望ましい動きを生み出すのに必要な正確な神経入力を逆算できると仮定している。 しかし、このアプローチは根本的な生物学的現実と闘っている。 そのため、等尺性収縮（例えば、動かせないものに押し付ける）や、筋電図活動を誘発しないような動作の命令を正確に逆行させることは不可能である。 さらに、このモデルでは、落下してくる物体をキャッチするような現実世界の予測不可能な動きに対して、動きがどのようにシームレスに適応するのかを説明できない。
参照制御理論（RCT） - RCTは、根本的に異なる戦略を提案することで、計算の限界に対処する：特定のコマンドを計算するのではなく、神経系は筋肉の活性化閾値（λ）を調整することで運動を制御する。 室温がしきい値より下がるとヒーターが入るように、筋肉はλを超えて伸ばされているときだけ活性化する（例えば、上腕二頭筋は肘の屈曲が90°になると活性化する）。 これらの閾値は、筋肉が環境との相互作用にどのように反応するかを動的に決定する。
反射しきい値（TSRT）-関節角度で臨床的に測定可能-は、この制御システムの直接的な指標となる。 脳卒中後、閾値調節の障害は痙縮（λが長い筋長で「立ち往生」し、痙縮を引き起こす）や脱力（λが短い筋長に移行できない）として現れる。 重要なことは、RCTは、なぜ患者の無傷の「アクティブ・コントロール・ゾーン」（痙縮の閾値を避ける）内でのトレーニングが運動学的に改善するのかを説明していることである（Levin, 2023）。
TSRTの閾値に基づくメカニズムの概略図と、痙縮評価におけるその臨床的意義については、図1を参照されたい。
研究の目的 急性/慢性脳卒中におけるTSRT/μと臨床UL痙縮/運動機能スコアとの関係を調査し、これらの尺度が感覚運動障害をよりよく反映するかどうかを検証し、脳卒中後の痙縮バイオマーカーを提供する。
方法
この研究では、8つの研究から収集された生理学的および臨床的指標を分析した。 生理学的評価には、強直性伸張反射閾値(TSRT)角度とμ(速度感受性)が含まれ、臨床評価には、痙縮についてはMAS(Modified Ashworth Scale)、運動障害についてはFMA-UE(Fugl-Meyer Assessment for Upper Extremity)が含まれた。
3件の研究では、参加者1人につき複数回の評価が行われた（3回以上の事前/事後評価）。 さらに2つの研究では、参加者1人につき2回の評価（事前／事後）が行われ、他の3つの研究では1回の評価が行われた。
主題
この研究では、18歳から80歳までの虚血性または出血性の脳卒中で、腕の麻痺（Chedoke-McMaster Arm Scaleスコア2-6/7）を伴う人を対象とした。 対象者は、自発的に肘を30°以上屈曲または伸展させることができ、肘屈筋の受動的伸展に対する抵抗が増加した（Modified Ashworth Scale > 1）。 ほとんどの参加者（6研究）は脳卒中の慢性期（脳卒中後6ヵ月以上）であった。 人口統計学的データ（すなわち、年齢、性別、脳卒中慢性期、病型、病変部位/側方）は各研究から収集し、表1に示した。
測定アプローチ
これは、上腕二頭筋と上腕三頭筋のEMGセンサーと肘の動きを追跡する電気ゴニオメーターを組み合わせたものである。 筋反応を記録しながら、参加者の腕をさまざまな速度で受動的に伸ばした。 この方法により、脳卒中後の2つの重要な痙縮バイオマーカー、すなわち強直性伸張反射閾値（TSRT）と速度感受性（μ）の算出が可能となった。
主要指標の説明
TSRT（強直性伸張反射閾値）
度単位で測定されるTSRTは、肘の関節角度を表し、この角度を超えると、運動速度が加わらなくても筋が伸張に抵抗し始める。 脳卒中を経験した人では、TSRT値の異常は運動制御の障害を反映している。 TSRTの値が高いほど痙縮（反射が過剰に働くこと）が亢進していることを示唆し、逆に値が低いほど関節可動域が減少し、筋肉の異常な活性化が起こっていることを示す。
μ（速度感度）
μ値の単位は秒。 この指標は、ストレッチの速度が上がると、筋肉が反射的に活性化する閾値にどのような影響を及ぼすか、つまり、ストレッチの速度が上がると、（関節角度が小さくなる）反射反応が早くなることを示している。 μ値が低いほど、伸張反射の興奮性が低下していることを示唆しており、これは神経系がさまざまな運動速度に適応しやすくなっていることを意味する。 これは痙性が低下している証拠である。
DSRT（動的伸張反射閾値）
これらは、特定のストレッチ速度で測定された実際の反射閾値である。 複数の速度をテストし、DSRTをプロットすることで、研究者はTSRT（傾向線がゼロ速度を横切る位置）とμ（線の傾き）の両方を決定することができる。
信頼性と臨床的意義
MSMシステムは、TSRT測定において高い信頼性を示し、テスターやセッション間で一貫性を示した。 臨床的に意味のある改善は、TSRTの変化6.8°～11.2°に相当する。 一般に、TSRT角度が高くμ値が低いほど、リハビリ後の痙縮が軽減し、運動機能が向上していることを示すが、μ値に関する包括的な信頼性データはまだ得られていない。
臨床措置
運動機能と痙縮の評価には、一般的に使用されている2つのツールが用いられた。 モディファイド・アッシュワース・スケール（MAS）は、スピードに関係なく、筋肉が伸張されるのにどれだけ抵抗するかを評価する。 0点から4点までの6段階評価で、点数が高いほど抵抗力が強いことを意味する。 MASは素早く簡単に使えるが、精度や信頼性には限界がある。
四肢に対するFugl-Meyer評価（FMA-UE）は、より信頼性の高い詳細なツールである。 腕や手の動き、反射神経、協調性を測定する。 合計スコアは0点から66点まであり、66点は正常な動きを表す。 研究者たちはまた、肩と肘の動きと反射神経に焦点を当てたテストのセクションA（36点満点）のスコアも収集した。
統計分析
この研究では、回帰分析を用いて、TSRTとμ（独立変数）が上肢機能（FMA-UEスコア）の分散をどの程度説明するかを決定した。 DSRTはTSRTの計算にのみ使用されるため除外した。 分析は、SPSS v29を用いて多重共線性（r≥0.7）、異分散性、外れ値をコントロールした（p<0.05）。 これにより、これらの痙縮測定値の運動障害に対する予測値が決定された。
使用した統計分析については、「Talk nerdy to me」のセクションで詳しく説明する。
結果
脳卒中患者120名（平均年齢60.3±13.7歳）のデータを解析した。虚血性/出血性の皮質または皮質下病変を有し、片麻痺/麻痺を呈した患者である。 参加者は急性期、亜急性期、慢性期の回復期にまたがっていた。 主な調査結果
- 慢性期は男性が有意に多かった。
- 上肢障害の重症度に各相で差はない
- 年齢分布は各グループでほぼ同じであった。
脳卒中のフェーズによるTSRTの違い
解析の結果、Tonic Stretch Reflex Threshold（TSRT）は、急性期/亜急性期早期（1～90日）、亜急性期後期、慢性期脳卒中群で有意差が認められた。 事後比較の結果、急性期/亜急性期早期群では慢性期群よりもTSRTが16.64°高く、脳卒中後早期に痙縮が大きかったことが示された。
速度感度（μ）の結果
速度感度（μ）については、脳卒中フェーズ間で有意な群間差は認められなかった。 このことは、運動速度に対する伸張反射タイミングの適応が、回復期を通じて一貫していることを示唆している。
臨床措置の概要
全体的な上肢機能（FMA-UE合計）は回復期を問わず同程度に障害されていたが、急性/亜急性患者は慢性患者よりも随意運動（FMA-UE_A）が有意に悪化し、慢性患者はより重度の痙縮（MAS）を示した。
TSRT/μと臨床指標との関係
ヒートマップ解析の結果、脳卒中の回復を通して痙縮と運動機能の間に明確な関係があることが明らかになった。 すべての患者において、TSRT（反射閾値）が高いほどμ速度感度が高いという相関がみられたが、両測定値は脳卒中後の経過時間や痙縮の重症度とともに低下した。 注目すべきは、μが随意運動と強い正の相関があることで、初期の運動制御障害を最もよく捉えていることが示唆される。
- 急性/亜急性： TSRTとμは、両者ともMASと慢性に強く関連しており、早期評価における臨床的妥当性を強調している。
- 亜急性期後半： MASと全運動機能だけが負の相関を示し、痙縮の機能的影響が拡大していることを浮き彫りにした。
- 慢性: TSRTはμと全機能（FMA-UE_total）の両方と相関していたが、μと随意制御との関連は正の傾向であったが有意ではなかった。
重回帰分析結果
研究者らは重回帰を用いて、脳卒中後の痙縮バイオマーカー（TSRTとμ値）が、FMA-UE下位尺度で測定される上肢運動障害のばらつきをどのように予測するかを分析した。
FMA-UE_A（肩と肘の運動制御）
回帰モデルは、FMA-UE_A得点の分散の72.0％を有意に予測した。 TSRTとμはともに有意な予測因子であり、反射閾値（TSRT）が高く、速度感受性（μ）が低いことが、より優れた随意運動制御と関連していることが示された。
FMA-UE_Total（上肢機能全体）
このモデルは、上肢運動機能全体の分散の68.7％を説明した。 TSRTは強力で有意な予測因子であったが、μはモデルに有意に寄与しなかった。 このことは、TSRTが全体的な運動回復に強く関連している一方で、速度感受性（μ）がグローバルな上肢機能に独立して影響を与えるわけではないことを示唆している。
質問と感想
なぜそれが重要なのか？
研究のためだ：
本研究は、参照制御理論（RCT）が計算モデルの主要な限界をどのように解決するかを実証することにより、運動制御理論を進歩させるものである。 RCTは、神経系、筋骨格系の特性、環境的制約の相互作用を通じて運動が生まれるという、生理学的根拠に基づいた枠組みを提供する。 RCTの核心は、CNSは明示的な運動命令を計算するのではなく、関節の位置に対する筋の活性化閾値（TSRTなど）を調節することによって運動を制御するというものである。 脳卒中後の痙縮のバイオマーカーとしてTSRTとμを検証することで、本研究は、閾値調節の障害がどのように特異的な運動異常につながっているかを明らかにする。 これらの洞察は、臨床的な観察を説明するだけでなく、客観的な評価ツールの開発を可能にし、理論的な原則と実践的なリハビリテーション戦略の橋渡しをした。
臨床医にとって
FMAやMASのような現在のツールは、貴重ではあるが、主に運動障害の定性的な評価を提供するものである。 理学療法が詳細な面接や書式による心理社会的評価を取り入れるようになってきているように、私たちも生物学的評価能力を高めなければなりません。 TSRTとμは臨床的に有用である。
脳卒中後の痙縮バイオマーカーが検証された：
- 客観的かつ定量的なデータの提供
- より正確な診断が可能に
- 個別化された治療計画の指導
- 機能的転帰を改善する可能性
オタクな話をしよう
統計分析の説明
この研究では、痙縮（TSRTとμで測定）と脳卒中後の運動回復がどのように関連しているかを理解するために、注意深くデザインされた統計的アプローチを用いた。 それぞれの方法が選ばれた理由と、その結果の本当の意味を説明しよう。
回復段階による患者のグループ分け
研究者らは、参加者を脳卒中の回復の主要な3つの段階、急性・亜急性期（1～90日）、亜急性期後期（91～180日）、慢性期（180日以上）に分けた。 なぜなら、脳の変化に対する能力と運動問題の性質は、これらの段階を経て劇的に変化するからである。 一方、慢性期には、より確立された（そしてしばしば修正が困難な）運動パターンが見られる。
運動機能障害の分類
上肢機能は、FMA-UEスコアを用いて、重度（0～20点）、中等度（21～48点）、軽度（49点以上）の障害カテゴリーに分類した。
正しい記述統計の選択
研究者たちは、データを正確に表現するために複数の統計的尺度を採用した。 正規分布の変数については、平均値と標準偏差を報告した。 歪んだ分布や異常値を示しやすいデータ（脳卒中の回復研究では、患者の経過に大きなばらつきが見られることが多い）を扱う際には、四分位範囲間のある中央値を利用した。 さらに、推定値の精度を示す95％信頼区間も含まれている。 中央値と四分位範囲は、非典型的なケースに過度に影響されない、より確実な中心傾向の指標を提供するため、このようなシナリオで特に有用である。
統計的にグループを比較する
回復期におけるTSRT値やFMA-UEスコアなどの連続変数については、分散分析（ANOVA）を用いた。 このテストでは、3つの回復グループ間に有意差があるかどうかを確認する。 性分布やMASの重症度分類のようなカテゴリーデータについては、カイ二乗検定がより適切であった。 事後検定に適用されるボンフェローニ補正は、グループ間の差をより正確に識別することを可能にし、グループ間の多重比較を行う際に偽陽性の所見の可能性を減らす品質管理尺度として機能する。
相関と回帰による関係の理解
例えば、TSRTが高いほどFMA-UEスコアが低いかどうかなどである。 しかし、相関関係は因果関係を意味しない。 重回帰は、他の因子を考慮しながら、痙縮の測定値から運動機能の変動のどの程度が実際に予測できるかを定量化するものである。 TSRTが、随意運動の分散（FMA-UE_A）の72％、全機能（FMA-UE_Total）の68.7％を予測したという結果は特に顕著であり、TSRTが脳卒中後の運動制御に関する基本的な何かを捉えていることを示唆している。
持ち帰りメッセージ
本研究は、TSRT（強直性伸張反射閾値）とμ（速度感受性）が、参照制御理論（RCT）に基づき、脳卒中後の痙縮バイオマーカーとして臨床的に有用であることを確認した。 MASのような従来の尺度とは異なり、これらの尺度は、脳卒中が神経系による筋活動閾値のコントロールをどのように阻害するかを客観的に定量化する。
あなたの練習のために
RCTの閾値に基づく論理は、セラピストが動作の再教育に成功する理由を示している：
- TSRTの測定はほとんどの場面で臨床的に可能ではないため、注意深い観察によって機能的な動きの境界を特定する。
- 痙縮を誘発する体位（TSRTが病的に上昇する体位）を避け、最初はこのインタクトなゾーン内でエクササイズをデザインする。
- 閾値の調整機能が向上するにつれて、活動範囲を徐々に拡大
脳卒中リハビリテーションに関するPHYOTUTORSのレビュー記事をご覧ください： (1)手指機能回復のためのバーチャルリアリティトレーニング 、(2)脳卒中後の運動再学習に対するフィードバックモダリティの影響。
参考
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