随意的な後方ステップと反応的な後方ステップの筋シナジーの違いとは？

この投稿は、『兵庫県宝塚市に誕生した訪問リハビリ整体リ・サンテ』が高齢者や脳卒中後遺症の方リハビリテーションに従事する医療従事者の方や、高齢者の転倒・介護予防に興味がある方に向けエビデンス情報を発信します。少しでも皆様のお役に立てればなと思っています。

歩行中の予期せぬ『つまずき』や『滑り』などは健康な高齢者における転倒の主な原因となっています。地域に住んでいる高齢者における転倒の40%はスリップであり、この発生率は年齢を重ねるにつれてますます上昇していきます。

この転倒を防ぐためには、つまづきや滑ったときに足を出し（ステップ）バランスを取り直すことが重要となってきます。

今回は「意識な後方ステップと反応的な後方ステップの筋シナジーの違いとは？」についてと言うテーマでお送りしていきたいと思っています。

少しでも今後のアプローチや考え方の一助になれればと思います。

随意的な後方ステップと反応的な後方ステップの筋シナジーの違いとは？

随意的な後方ステップと反応的な後方ステップの筋シナジーの違いとは？

本日紹介する論文

参考文献

Muscle synergy differences between voluntary and reactive backward stepping.2021

研究の目的

本研究の目的は、随意的な後方ステップと反応的な後方ステップの神経筋制御の違いを調べるとともに、両ステッピング反応の神経筋制御に対する加齢の影響を調べること。

対象

健康な若年成人1０名（28.7 ± 4.3）

歩行可能な地域在住の高齢者1０名（67.8 ± 1.7）

右利き

除外項目（アンケート）

神経系、筋骨格系、心肺系、その他の全身疾患を持つ人

方法

安全ハーネスを着用し、ACTIVESTEP電動トレッドミル（SIMBEX, Lebanon, NH）上に立つ。
すべての参加者について、静かに立っている間のベースライン試行が収集。
参加者は、トレッドミルのベルトは静止したままで聴覚的な合図に従って、できるだけ早く後方方向に自発的に一歩を踏み出す。
聴覚的な合図（「BEEP」音）は、試行の開始（「START」音で示される）後2～4秒以内に与えられ1回目は利き足で、2回目は利き足でない足で一歩を踏み出すという、合計2回の自発的なステップの試行を行った。
自発的ステップ試行の後、被試験者は2回、立位時に突然スリップのようなトレッドミルの動揺にさらされ、スリップを経験したら、バランスをとり転ばないようにする。
外乱はベルトの変位が0.38m、速度が0.86m/s、加速度が21.5m/s2とより高い強度で、各試験の開始後2〜4秒の間にランダムに発生させた。
トレッドミルのベルトが前方に移動し、後方にバランスを崩したときに発生し転倒防止のために反動的なステップを分析。

本研究の代表的な被験者の(a)自発的ステップと(b)反応的ステップを、(1)スリップ開始（反応的ステップ）または聴覚合図開始（自発的ステップ）、(2) ステップ肢のリフトオフ（LO）、(3) ステップ肢のタッチダウン（TD）のイベント時間帯で模式化している。(c)慣らし運転時のトレッドミル滑走プロファイル。t1：加速期（t = 0.04 s, a = 16.75 m/s2），t2：定速期（t = 0.25 s, a = 0 m/s2），t3：減速期（t = 0.04 s, a = – 16.75 m/s2）の3段階からなる．2回目のスリップトライアルでは、同じフェーズをより長く、より大きな加速度で行う（t1：t = 0.04 s, a = 21.5 m/s2; t2：t = 0.33 s, a = 0 m/s2; t3：t = 0.04 s, a = – 21.5 m/s2).

データの収集と処理

キネマティックデータは、サンプリングレート120Hzの8カメラモーションキャプチャシステム（MOTION ANALYSIS corporation, Santa Rosa, CA）を用いて収集し、Helen Hayesマーカーセットから29個のマーカーを両側骨ランドマーク、頭部、体幹に配置して関節中心を算出。
カットオフ周波数6Hzの4次バターワースフィルターでローパスフィルターをかけ、カスタマイズしたMATLABルーチン（MATHWORKS, Natick, MA）を使って運動学的変数を計算。
DELSYS Trigno表面筋電図（EMG）センサーを用い、前脛骨筋（TA）、内側腓腹筋（GAS）、外側広筋（VLAT）、大腿二頭筋長頭（BFLH）のEMG活動を1200Hzで記録。
補正されていない生のEMG信号は、まず20～450Hzの帯域幅でハードウェアバンドパスフィルターをかけ、80dbを超える標準モード除去比を適用。
データ収集後、EMGデータは35Hzでデジタルハイパスフィルタリングされ、全波整流された。整流されたデータは、カットオフ周波数40Hzの2次デュアルパスバターワースローパスフィルタで平滑化された。

若年者と高齢者の自発的・反動的な踏み込みにおける筋電図（EMG）ポストパーターベーションのオンセット例。2本の縦棒はそれぞれLOイベントとTDイベントを示す。TA前脛骨筋、BFLH大腿二頭筋長頭、GAS内側腓腹筋、VLAT外側広筋。

アウトカム

ステップ長
足部角度、膝部角度
筋シナジー

結果

若年者、高齢者ともに反応性ステップと随意性ステップの運動反応については、若年者、高齢者ともに反応性後方ステップでは随意性後方ステップに比べてステップ長、反応時間、実行時間が短い。
上記のすべての変数について、若年層と高齢者ともに、スリップ摂動後の左右の踏み分けに有意差は認められなかった。
若年者、高齢者ともに、随意的なステップ時に観察された膝の屈曲に比べ、反応的なステップ時には大きな膝の屈曲を示したが、足底屈曲角度については、反応的ステップ時と随意的ステップ時の有意差は認められなかった。
健康な成人と高齢者では反応性ステップ反応時と随意性ステップ反応時の神経筋制御は若年者と高齢者の双方で異なり、随意性ステップに比べ反応性ステップ時の筋シナジーは両群とも少ない。
随意的な後方ステップの際、若年者と高齢者との間には筋シナジー数の違いは認められなかった。
反応的後方ステップ時、若年成人と高齢者での2つのシナジーの違いは、立脚肢の前脛骨筋、大腿二頭筋長頭、腓腹筋内側頭の重量が大きい。
加齢による筋シナジーの構造変化は少ないが、筋萎縮や収縮速度の変性による加齢に伴う筋機能低下に起因する可能性がある。