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筋疲労課題中における大脳皮質感覚運動野領域のヘモグロビン濃度変化について

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(1)

理 学 療 法 学

 

37

巻 第

1

 

35

40

頁 (

201Q

年 )

研 究 論 文

筋 疲 労 課 題 中

大 脳 皮 質 感

運動 野

      

度変 化

つ い

近赤外分光

グ装

よ る

部 達 也

1

)#

大 西 秀 明

D

 

久 保

雅 義

1

    

川 勝 弥

1

2

桐 本

 

3)

要 旨

目的

筋 疲 労 課 題 申

お け

筋 力

筋 活 動

お よ び

大 脳 皮 質 感 覚

活動

時 間 的 変 化 を明

ら か に す るこ とである

およ び

方法 】 対 象

健 常 男性 成

7

と し た

労 課

題 は

縮の

50

50

MVC

での

千 指 把 持

300

問 持 続 と

最 大 収 縮 (

100

MVC

での

右 手 指 把 持

120

秒 間 持 続

2

条 件

と し た

件におい て

120

問の

安 静

課 題 を 遂 行

課 題 終 ゴ後

300

秒 間

安 静 時 間

安 静

時 お よ び 課 題 遂 行 中の大 脳 皮 質 酸 素 化ヘ モ グロ ビ ン変 化 量

∠ 

oxyllb

) を

近 赤 外 分 光

イメ

ジング

装 置 (

fNIRS

いて

計 測

し た

ま た

把 持

お よ び

竃 図 を

せ て

し た

条 件

下に お い て

把 持 開 始 後 直

ちに ∠ oxyHb の

増 加

がみ ら れ た が

50

MVC

で は 把

持 力

お よ び

筋 活 動

下の

時 間

をお い て ∠ 〔}xyHb の

やか な

減 少

め ら れ

1

〔}

0

MVC

では

把 持

お よ び 筋

動 が 低 下 し てい る に

も関 わ

ず 課 題 終

r

間 近 ま

で ∠]

oxyHb

増 加 が 認

め ら

た。

両 条件

にお

る ∠ oxyHb の

衰 率 は

筋 電 図の減

率 に 比べ

な かっ た

結 論

】負

荷 量の

なる

疲 労

課 題 に おい て

筋 活 動

F

し てい る に も

わ ら

感覚

動 野 領

域の

は 最

け,

最 大

収 縮 条 件

では

増 加

低 下 す

る こ と が

ら か と なっ た

  筋 疲 労

脳 皮 質

赤 外 線

分 光

は じ

 

筋 疲 労

と は

を 産

す る 能

少 と

さ れ 亅〕,

枢性

ること がで き る

末梢

性 疲 労

神 経 筋 接 合 部

要 因

によ

り引 き起

こさ

生の

減 少

言 え

1

卜枢 性 疲 労

神 経 筋 接 合 部

要 因

に よ る

随 意 的

な 運

動 遂 行

伴 う筋 出 力

減 少

言 え

る 2

4)。

筋 疲 労

はその

両 方

要 因

が *

 

Oxyge

[IEItiotl 

Changes

 

in

 

Se

[lsorim 〔,Lor (⊃ortex  

durinE

 

Exhaug

tive

 

Handgrip

 

Task

 

A

 

Near

inf

/rarcd  

Spectroscopy

 

SLudy

1

) 新 潟 医 療 福 祉 大 学 大 学 院  保健 学 専 攻  理学療法学分 野

  〔〒

9503198

新 潟県新 潟 市七区島見町

1398

 

Tatsu

a  

Iwabe

 

PT

 

Hideaki

 

Onishi

 

PT

 

PhD

 

Mas

と點y‘}shi  

Kubo

 

PT

 

PhD

 

Karsuya

 

FurLlkawa

 

PT

FieLd

 〔,

f

 

PhysicH

Therapy

 

Niigata

 

UnLversity

 Qf  

heaLth

 and  wett

are  grad”

ate  scheo !

2

) 新 潟リハ ビ リ テ

ョン 病 院 リハ ビ リ テ

ション部

 

KaLsuya

 

Furukawa

 

PT

Deparume

”L(}

f

 

RehabTLTtation

 

Niigata

 

ICehubilitation

 

H

く}spita1

3

)新 潟 医 療 福 祉 大 学   作 業 療 法学科

  Tlknri 

1

〈irLmoto

 

OT

 

MS

Departmont

 c〕

f

 

O

〔:cupational  

T

】]erupy

 

Niiga

a  

UnLx

 ersiLy o

LIeal

h

 and  

XVelfar

e #

  E

rrluiL:hpmO70 〔

1

nullw

ac

JP

  (受 付 日  20{〕9 年 8 月 19 凵 /受 理口 

2009

10H13

日 }

関連 し

てい ること

が 示 さ れ

てい る5)

中 枢 性 疲 労

お け

皮 質

およ び

皮 質

下の

活 動

につ い て は

持 続 ま

た は間

的 な 最 人

題 お よ び 最 大 下

遂 行

動 領

域 を

機 能

的 磁 気 共

両 像

Functional

MagDetic

 

ResollaIlce

 

Imaging

fMRI

陽電 チ

放 射 断

層 撮 影 な

どの

ジング

装 置 を 用

いて

報 告 され

てい る fi)7)

課 題 遂 行

経 過

伴 う

野の 興

奮 性

ド8)9)や 運

連 領

神 経 活 動

下6)

 

IO)

どの

中 枢 神 経 系 活 性 化

足 く

central

 activation

faiJure

CAF

)の 出 現 につ い て も 関 心 が 向 け ら れてい る

6

8

10)D

 

随 意 収 縮

課 題 遂 行

に よ

筋 力

下に

運 動 野の

神 経 活 動

は次

増 加 す

る こ と が

告 さ れてい る s}8

⊥°) 。

しか し

fMRI

を用

た 研 究

に よ

題 開

から

野お よ び運

連 領

野の

経 活 動 が 増 加 し た

問経 過

一・

になるか

た は

下 す る こ と が

報 告

さ れて い る 6)10)。 さ ら に

経 頭 蓋 磁 気 刺 激

Transcranial

 

Magnetic

 

Stimulation

TMS

) を 用い て 選 択 的 に

次 運

動 野

か ら

疲 労 筋

へ の

出力 を評 価

した研

(2)

36

理 学 療 法 学   第

37

巻 第

1

号 に お いて

大 脳 皮 質

運 動 野の

活 動

が 低 ドす るこ

研 究

ら か に なっ てい る 9)

ま た

お よ び

Electromyogram

EMG

の周 波

数 帯

を 調 査 し た 研 究において も

筋 疲 労

下 し て

るこ と

が 示 さ れ

てい る10 。

中 枢 神 経 系

障 害

脳 卒 巾

12)やパ

ン ソ ン

13」

疾 患

振 戦M )

病 態

おい て

, 脳

およ び

EMG

致 性

下 を

引 き起

こ し てい るこ と が

報 告

さ れ てい る

し か し な が ら

筋 疲 労 に 伴 う 皮 質 神 経 活 動の低 下 や

EMG

との

致 性 低

下 を引 き起

す 屮枢 神 経 系

に よ る

筋 活 動 調 節

の メ カニ ズ ム につ ては

明確

な く

らの

解 明

臨 床

に お いて

存 在

する疲

労 徴

候 に

対 す

考 察

助 と な る と

え ら れ る

  筋 持 続 収

に お

筋 活 動

と 大

脳 皮 質 神 経 活 動

時 的 変 化

つ い て

調 査 す

た め

い て は

大 脳

皮 質 神 経 活 動

計 測

近 赤 外 分 光 イ

ジ ン グ

装 置

Functiona

Near

−lnfrared

 

Spectroscopy

fNIRS

) を 用 いたcfNIRS は,

経 血

k

用 に

づ く

経 活 動 に

局 所

脳 血 流 変

ヘ モ グロビ ン

濃 度

出 す る こ とに よ

り測 定 す

装 置

で ある

TMs

に よ り

発 さ れる

運 動 誘 発 電 位

で は

大 脳 皮 質神 経 細 胞

活 動 状 態

と 脊 髄 運 動 神 経 細 胞の活 動 状

せ て反 映 し て し ま

,fNIRS

fMR

工で は

大 脳

神 経

細 胞の

動 状

の み を

測 す る こ と が 可 能 で あ る

ま た

,fNIRS

fMRI

に比べ て空

問 分 解 能

る もの の

時 閲 分 解 能

優 れ

経 時 的 な大 脳 皮 質 神 経 活 動

変 化 を

モニ タリング

るこ と が

1rr

る とい

う 利 点

らに

rMR

王に 比

し て測

限が

過 負 荷

を 実

し や

い こ と も

利 な

るtt

 

本研 究

で は

fNIRS

特徴

か し て

に 関

し た

筋 活 動

大 脳 皮 質 運 動 感 覚 野 領

域の

神 経 活 動

経 時 的

変 化 を明 らか

るこ と

を 凵的

と し た、

対 象

お よ び

方 法

L

 

右 利

き健 常

7

名 (

23

1

±

2

1

を 対

と し

へ の

参 加

実 験 内 容

につ いて ト

明 を 行い ,

文 書

にて同

意 を得

た,

本 研 究

医療 福 杜

学倫

委 員会

認 を

実 施

した

17035

08070

2

把 持 力 お よ び

EMG

の 記

 

被験 者

は,

r

に 腰 を

けた座

位 姿 勢

上 肢 と も ド垂

と し

内外 中 間位 を保 持

し た。

把 持 力

力 計 (

MLTOO3

D

 

Grip

 

F

〔}rce 

TranduceL

 

ADInstrunlents)

に よ り

計 測

した

EMG

計 測

伸 筋

前 腕 屈 筋

長 掌 筋 直

尺 側 手 根 屈 筋

腕 橈 骨 筋

の四

と し

表 而 電 極 によ り 記

し た

ま た

3Cln

の 電

間 隔 と した 。

EMG

信 号

前 増 幅 器 (

DPA

10P

ダ イ ヤメ デ ィ カ ル シ ス テム) お よ び

増 幅 器 (

DPA

2008

ダ イ ヤメディカル シ ステム

増 幅 し

生 体 信 号 解 析

シ ス テ ム

Power

 

Lab

 

8

30

 

ADInstruments

) によ リサ ンプ リ ン グ

波 数

lkHz

出 し,

力 信 号

と と も にパ

ソナル コンピュ

ん だ

3

NIRS

計 測

 

赤 外 分

光 イメ

ジング

装 置 (

チャン

脳 酸 素

モ ニ タ

OMM

3000A

島 津 製 作 所

)に よ

大 脳 皮 質

ヘ モ グロ ビン

濃 度 変 化 を 計 測

送 光

プロ

10

Tl

か ら

TlO

お よ び

受 光

プロ

10

R

ユか ら

R10

3cm

間 隔

格 子 状

配 置

31

チャ

ル の

計 測

っ た

IA

本研 究

に おい ては

筋 活 動

皮 質運 動 感

領 域

神 経 活 動

との関

調 査

する た め

IL

球 運

動 関 連 領 域 直 上

計測 プ

を 設 置

し た

IB

サンプ リング

間隔

160msec

と し た

4.

実 験

 

労 課

題 は

最 大 随 意 収 縮 (

100

MVC

で の

手 指 把 持

12

〔〕

秒 間 持 続

大 随 意

縮の

50

% (

50

MVC

で の

右 手 指 把 持

300

秒 間 持 続

2

t

1

と し た

条 件

とも

120

間の

安 静

に課 題

を遂 行

課 題 終

300

秒 聞の

安 静 時

を 設

けた

安 静 時

およ び

課 題 遂

行 時 に

下 肢 お よ び 対 側の ト肢 な どの

活動

が 起 き ない よ

に 十 分 に 注 意 を 促 し

計 測 を 開 始 し た

課 題 開始 前

5

秒 問

100

MVC

把 持 動 作

わ せ,

凵標 把 持 力

決 定

し た

課 題 遂 行 時

把 持 力 波 形

コ ンピュ

上で

視 覚 的

に フ ィ

ドバ ック し

標 把 持 力

維 持

め させ た。

各 条 件

1

L

を あ

け た

目 に

実 施

5

解 析

 

ら れ た

EMG

信 弓

全 波 整

流の

1001

ン ト で ス ム

ジング

理 を

そ れ ぞ れ

大 随 意 収 縮 時の

A

&)uroe 

゜e怕

 

躍黔

       

曜.

璽孅

     

or

B

 

1MRS

照 射

受 光 プロ

ブの装 着 図 とプロ

ブ配 置 図

A

 

照 射プロ

ブ お よ び受光 プロ

ブの配置 図

 

国 際

10

2

〔〕法に 基づい た

CZ

21

チャ ンネル を配 置 する様   に プロ

ブ を設 置し た

B

 

プロ

ブ固 定用 ホル ダを 装 着した

(3)

疲労

課題中に おける大 脳 皮 質ヘ モ グロ ビン濃 度 変 化

37

EMG

信 号

にて

正 規 化

た (

EMG

手 指 領 域

皮 質

との 比

に 四

平 均

EMG

mean %

EMG

) 求

め た

 

NIRS

信 号 は

3

つ の チャネル

9

22

23

チ ャネル

手 指

の運

動 感 覚

域 と し

脳 活 動

との

関 連

い∠ QxyHbl5 )の

平 均 値 を求

め たc

 

mean

EMG

お よ び∠  xyHb の

課 題 開 始

か ら

最 大 値

で の

時 間

および

最 大 値

か ら

課 題 終 了 ま

で の

減 衰

川 し,

SPSS

に よ る

元 配

を 川

ま た

には

Tukey

 

llSD

を用い

有 意

5

% と し た

1

∠ oxyHb と

把 持 力

お よび

筋 活 動

時 問 的 変 化

 

00

MVC

条件

に お

典 型 的

な ∠

oxyHb

把 持 力

mean

EMG

変 化

パ タ

ン を 図

2

に 示 す

課 題 開 始

後 直

ち に 耙

持 力

お よ びmeaIl %

EMG

大 と な

そ の

まで

減 少

が み ら れ た

対 照 的

∠ oxyHb は 課 題

か ら

r

直 前

まで

増 加

続 け

た。 こ の

変 化

7

被 験 者

に おい て

共 通

3

 

50

MVC

条 件

に お

典 型 的 な

oxyHb

把 持 力

, mean %

EMG

変 化

ンを 図

4

に 示

課 題 開

し ば ら く

把 持 力

は 目

標 力

維 持

し た が

mean %

EMG

々 に

増 大

が み ら

た。

把 持 力

1

標 力

維 持

くな

mean

EMG

最 大 値

その

把 持 力

mean

EMG

々 に

減 少

し た

。一

で, ∠oxyHb は 課 題

開 始 後

よ り

々 に

加 し

mean %

EMG

少 が

こ っ た

し ば ら く して

や か な

少 が み ら れ た

こ の

変 化

7

人の

被 験 者

におい て

共 通

っ た

5

u

2

最 大値 ま

で の

時 間

お よ び

で の

減 衰 率

 

そ れ ぞ れの

条 件

に お け る

∠ ox

 

yllb

お よ びmean %

EMG

か ら

大 値 に

す る まで の

時 間

1

示 す

100

MVC

条 件

におい て

∠ oxyHb は

て の

被 験 者

い て

課題 終 ∫直 前 ま

た は

直後

最 人 値

っ た

12

5

10

3,

平 均 値

±

し か し な が ら

mean

EMG

は, 課 題 開 始

9.

8

±

3

秒 )

大 験 b

5

ξ       

一一

1

_

li

11

 

liiL

_

 

    肆    fiO    1

1

1

   Iso    誉垂

    狗“       一        しm 亅e 〔sec) 乱

_

__ ___

_

s

it

 

4.

 

.、

 

1

。 図

2

 

100

MVC

条件

にお ける課 題 中の ∠ QxyHb

 

EMG

    持 力の

例     矢 印:課 題 期 間 課 題 開 始 後 直 ちに把 持 力お よびmean %

EMG

下 が み ら れ た

tl oxyHb は

徐々に増 加 し

お よ び rnean %

EMG

が低下 し てい る にも関 わ ら ず 課 題終了間近 まで ∠ oxyHb の増 加 が 認めら れ た

3

鳴6

羹 

拳Oltl 螽

N

イ鵬

 

。 ,

、。ゆ 盡  b

  ui     9     緲

ン ◎

_

_

 

_

1

      焦 12v   ISF〕   24

1  3

3   s

Gv    42e −       thエle{seの 4

   

   

沿

)   嬉Gc   1

2G 図

4  50

MVC

条件 に お け る課題中の ∠ oxyHb

 

EMG

, 把 持

   

力の

    矢印

:課 題

間 課題開 始 後

把 持 力は暫 くの問

50

MVC

を 維 持 し

その後 徐々 に低 下 した

mean %

EMG

は徐々に増 加し

把 持 力の低 下 と同 時 期に徐々に低下 し た

』 oxyHb は

課 題 開 始 後 か ら 増 加 が み られ

把 持 力お よ び mean %

EMG

の低 下の後に

A

oxyHb の緩や か な 減 少 が 認 め ら れ た

    o冒

黛  

100

MVC

 

 

 

1   

緬 →      

time

(sec ) 図

3

 

100

MVC

条 件に おける課題 巾 の ∠ oxvl {

b

の     経 時 的 変化 (全被 験 者)     矢 印:課 題 期 間

震 脳 崎 鷲 び ぷ 鵠 〉 霽 Q # 鮭 

50

Mvc

  … 塗

1

05

 

一 毳浙  LEO 纐   跡 σ s51  鐙ニ ー        

t

撫le〈導ec>

5 50

MVC

条什

に おける課 題111の∠ oxyHb の

経時

変化

    (全 被 験 者 )     矢 印 :課 題 期聞

(4)

38

琿学療 法 学

 

37

巻第

1

1

課題開 始か ら最 大 値 まで の時 問 の減 衰

条 件 聞

有 意

は認め られ な かっ た

侍 間 (秒 )

100

MVC

50

MVC

条件 ∠]〔,xvHb

       

112

5

± ⊥

0

3

* 1 rnean %

EMG

    

9

8

±

 

3

1

*2 ∠ oxvlIb

       

19

6

±ユ

7

6

*u mean %

EMG

    

58

ユ±

16

4

mean ±

SD

*1 :

100

MVC

条 件の ∠ oxyHb と

100

MVC

条 件の    mean %

EMG

との 間 (

p

0

0

⊥)

100

MVC

条 件の

   

∠ oxyHb と

50

MVC

条 件の mean %

EMG

との 問

   

P

O

01

*2

100

MVC

条 件のmean %

EMG

50

MVC

条件の

   

∠]〔)xyTIb と の 問

 

p

0

01

100

MVC

条 件 の

   

m じan %

EMG

50

MvC

条 件

の mean  % 

EMG

との

   

p

0

D1

*3 :

50

MVC

条 件

の ∠ oxyHb と

50

MVC

条 件 の    mcan %

EMG

との問 〔

p

0

01

2

 

最 大値か ら 課 題終了 直 前 ま での減 衰率 減 衰 率 〔% ) ∠oxyHb

      

3

5

±

 

3

0

l mean %

EMG

   

79

4

±

 

7

6

*2 ∠ oxvHb

   

32

4

±

1

1

2

“G nlean %

EMG

   

84

1

± 

5

4

100

MVC

条 件

50

MVC

条 件 (lnean ±

SD

 

1 :

100

MVC

条 什の ∠ oxyHb と

100

MVC

条 件の

   

mcan %

EMG

との 聞 (

p

0

O

⊥)

OO

MVC

条 件の

   

∠ oxyllb と

50

MVC

条 件

の∠ oxyHb との間

p

く    

o

oD

 

loo

MVC

条 件の ∠ oxyHb と

50

MvC

条件    のmeall %

EMG

との閊 (

p

0

Ol

寧2 :

100

MVC

条 件rnean %

EMG

50

MVC

条件の     ∠ 〔〕xyHb との問 (p 〈

0

Ol

*3 :

50

% :>

IVC

条 件 の ∠ oxyHb と

5

〔〕%

MVC

条 竹 の    mean %

EMG

との問 (p〈

0

01

至 り

oxyHb

有 意

時 間

p

O.

01

ま た

50

MVC

に お い て

∠oxyHb は

119

6

±

17

6

Inean %

EMG

58

1

±

16

4

で最 大

な り

∠ oxyHb に比べ mean %

EMG

有 意

に 短い

間で

っ た 〔

p

0

01

)ttt

条 件 問

で の mean

EMG

大 値 ま

で の

聞 は

,50

MVC

条 件

IOO

MVC

条 件

有 意

時 間

た が (

p

0.

01

 

A

〔}xyHb に 関 し て は

条 件

間で

有 意

は み られ なか っ た

 

そ れ ぞ れの

に お け る,

Zi

 oxyHb とlnean %

EMG

か ら

誅 題

直 前

まで の

減 衰 率 を 表

2

示 す

100

MVC

にお ける ∠ oxvHb の減 衰 率 は

3

5

±

3

0

%で

あ り殆

減 少

せ な かっ た が

meaI1 %

EMG

79

4

±

7

6

で あっ た

50

MVC

において は

∠ oxyHb の

減 衰 率

32

4

±

14

2

で あっ た が

 mean %

EMG

減 哀 率

84

1

±

5

4

で あ

 

LOO

MVC

時 と ほ ぼ 同

70

%以 ヒの

減 衰 率

を 示 し た

t 両 条

に おい

zd oxyHb の 減 衰 率 は

 mean %

EMG

の 減

哀 率

に比

有 意

に少 な かっ た (

p

O

Ol

ま た 条 件 問 に お け る ∠ oxyHb の

減 衰 率

100

MVC

条 件

50

MVC

に比べ 有 意 に少 な かっ た 〔

p

0.

0

mea1 /

i

£

MG

 

00

MVC

条 件

50

MVC

条 件

双 方

い て

mean %

EMG

め たに

も 関 わ らず 感 覚 運 動 野

領 域 にお

る ∠ QxyHb は

増 加

けた

次 運 動

野の興

奮 性

増 大

す るこ と は

つ かの

先 行 研 究

によ

り報 告

さ れてお

6)81 ω

に お け る

感 覚 運 動

域の

動の増 加 も

Iltij

れ る

に おい て は

感 覚

動 野 領 域

神 経

活 動

が 増

して い る に も か か わ ら

脊髄

動 神 経 細 胞

興 奮 性

低 下

意 味 し

てい る IIユ

ean

EMG

ド し てお

性 神 経 細 胞

お よ び

介 在 神 経 細 胞

ら脊 髄 運

動 神 経 細 胞

へ の

抑 制 性

ま た は 興

性 人 力の

減 少 を

し てい るので は ない か と

ら れ る

 

mean

EMG

の 減

率 は

100

MVC

50

M

、℃ 条 件の 問で有 意 差 が み ら れ な かっ た が

∠ oxyHb の 減

100

MVC

条 件

で は

減 衰

は み ら れ

50

MVC

条 件

で は

30

% 程 度

減 衰 率

し た

50

MVc

条 件

におい て

 mean

EMG

下した

時 間

を お

いて

感 覚 運 動 野 領 域

に お

る∠

oxyHb

や か な 低 下 が 観 察 さ れ た

最 大 お よ び 最 大 卜

収 縮 中 に お け る

一一

野 およ び運

動 関

連 領 野の

経 活 動

と な る か

ま た は 低 下 す る こ と は

,rMRI

を 用いた 研

に よ り 報 告 さ れ てい る6HO }

し か し な が ら

経 活

動の

ドの

原 因

につ い ては

明 確

では ない

。一

つ の

1

T

能 性

と し

性 神 経 細 胞

活 動

に よ る

動 野 神 経細 胞

抑 制

え ら れる

脳 磁 図

を川い た

研 究

に よ

筋 疲 労

運 動 感 覚 を

してい る

と言 わ

れ る

運 動 誘 発 磁

界 が 増 人 す

るこ と が

報 告

てい る16〕

さ ら

,III

よ び

IV

心 性

経 細 胞の 発 火 頻 度の増 大 が

次 運

野 の

興 奮 性

「さ せ る 可 能

報 告

さ れ てい る17/

IrI

お よ び

IV

経 細 胞

筋 内

機 械

的 ま た は

的 な刺 激

敏 感

あ り

筋収 縮

による

末梢

r

血や

代 謝 産 物

蓄 積

頻 度

増 加 す

18

22)

こ れ らの こ とか ら

木 研 究

におい て は

100

MVC

件で は

早 期

ら筋 活 動

把 持 力

し続 け

末 梢

1fLL

代 謝 産 物

蓄 積

程 度

少 な

かっ た こ と に

50

MVC

条 件

で は 長

強 度

収 縮

維 持

した た め,

末 梢

血 や

代 謝 産 物

蓄 積 が

り増 大

し た の で は ない か と

考 え

ら れる.

す な

50

MVC

条 件

に おい ては

III

お よ び

IV

求 心 性 神 経 細 胞

度 が ユ

00

MVc

条 件

に比べ よ

り増 大

し た た め

,一

次 運

野 の

神 経 活 動

減 少

に至っ たこと が

え ら れ る

 

本 研 究

限 界

fNIRS

が 比

れ た

聞 分

解 能

空 間分 解 能

に乏 しい た め

,一

次 運 動 野 およ び

体 性 感 覚 野

分 離

して

測 定

す るこ と が 困 難 で あっ たこ と が あ げ られ る

さ らに

神 経

1

相 圧

用 に

づ いた

(5)

筋 疲 労 課 題 中に おける大脳

皮質

ヘ モ グロ ビン濃 度 変 化

39

質 神 経 活 動

測 定

し てい るた め

制 性

お よ び 興

双 方 を 反 映 し

て い る

可 能 性 も あ

る。

NIRS

信 号

が 頭

表 部

り近 赤 外 光 を 照 射

脳 実 質

る 拡 散 光 を 検 出 し てい る信 号の

外 組 織

1

成 分

多 分

出 し て し ま

能性

が あ る。 そ れ

を裏 付 け

る よ

NIRS

信 号 が 心

動 脈

変 動

お よび

呼 吸 な ど

影 響

を 受 け る こ と が 報

さ れ てい る23)

使

川 し

課 題

最 大 努力

伴 う

た め

響 を

で き ない と

考 え

られる

えて

疲 労 課 題

高負 荷

2

条件

の み で あ

, ユ

00

MVC

条 件

に お

課 題 遂 行

時 間 が

50

MVC

条 件

の ∠oxyHb の

ド と ほ ぼ

同 時

に終

して し ま

た め

∠ oxyHb の 低 ドが

負 荷

関 連

遂 行 時 間

にのみ

連 し てい る 可 能 性

も考

え ら れ る。

今 後

チフ ァク トの

同定

り低

負 荷 強 度

に よ る

設 定

課 題 遂 行 時 間

調

皮 質 領 域 神 経 活 動

解 析 を含

め て

検 討 を加 え

てい

く必 要

が あ る

 

本研 究

におい て

筋 疲

遂行

筋活 動

下 し

めたに

も 関

わ ら

運 動 感覚 野 領 域

神 絹 活 動

増 加

続 け

る こと

が示 さ

れ た。 これによ

持 続 収 縮 課題 遂

行 中

筋 活 動

下 は

動 野

神 経 活 動 低

下で は

脊 髄 運 動 神 経 細 胞

の興

奮性

下 に よ る

のが

大 き

い の で は

いか

と推 察

さ れ

 

ま た

最 大 収 縮 条 件 と 最 大

ド収 縮 条

に おいては

活 動

減 少 度 合

いが

しいに

か か わ ら

最 大下 収 縮

条件

で は

筋 活 動 低

F

し ば ら

し て

皮 質 神 経 活 動

下 が

め られた

こ れ は

求 心 性 神 経 細 胞

か ら

大脳 皮

質神 経 細 胞

へ の

感 覚 入 丿

丿

が 両 条 件 間

異 な り

感覚 運 動

領 域

活 動

抑 制

最大

条 件

で よ り大 き かっ た ので はない かと

考 え

ら れた

文    献

1

Bigland

Ritchie

 

B

 

Jones

 

DA

 et al

Central

 and  

periph

  eral 

fatigue

 

in

 sustained  rnaximu 皿  voluntary  contrac

  zions  of 

human

 

quadriceps

 nlusctle

 

Clin

 

SCi

 

Mol

 

Med

 

1978

54

609

61

1

2

 

Asmussen

 

E

 

; 馬

luscle

 

fatiguc

 

Mcd

 

Sd

 

Sp

りrts

 

Exerc

 

1979

; /⊥:

313

321

3

Big

⊥and

Ritchie

 

B

EMG

force

 

rc]ations

 

and

 

fatigue

 

in

 

humall

 volun しary c〔mtractions

 

Exerc

 

SporLs

 

Sci

 

Rev

 

1981

9

75

1

7

4

 

Gandevia

 

SC

Nel

⊥ral

 

contrd

 

in

 

huninn

 

muscle

 

fatigue

 

Changes

 

in

 「nusclc  af[e「ents

 m ‘,

to

 neurons  and  Ill〔,

t

(⊃

 

cortical 

drivo

 

Acta

 

Physiol

 

Scarld

1998

162

275

283

5

Gandevia

 

SC

Spinal

 alld   supraspinai  

factors

 

ln

 

hum

とm

 

muscle  

fatigue

 

Physiol

 

Rev

200

王:

81

:ユ

725

1789

6

Liu

 

jZ

 

Shan

 

ZY

 et  al∴

IlumaII

 

brain

 activati〔〕n 

during

  sustained  and  

intermittent

 submaxirnal  

fatigue

 rnusc ⊥e

 

contraeLions :an 

FMRI

 study

 

J

 

Neurophysiol

2003

9

 

0

 

300

3

2

7

De

匸t皿ers 

C

 

Lemon

 

RN

 et 〔ε

1

Cere

bral

 activatiom  

dur

 

ing

 

the

 exertion  of sustained  static 

forcc

 

in

 filan

 

NeurQrep

⊂,rt

1996

7

2103

2110

8

Gandcvia

 

SC

 

Aliel

GM

 et α

L

S

叩 rasp [11al 

f

: cl〔〕rs 

Ln

 

human

 muscle  

fatigtle

 eviden ⊂e 

ror

 subop 匚

imal

〔〕urput  

from

 

the

 mot 〔〕r  cortex

 

J

 

Physio

1996

490

529

536

9

Brasil

Neto

 

Jp,

 

Jo

⊥〕anssoll  

R

 et α

1

C

;entrul  

fatigue

 

as

  revealcd  

by

 

p

〔}stexercise  

decrement

 of rnotor  ext〔}

kcd

 

polelltiEl

⊥s

1vluscle

 

Nerve

1994

17

713

719

lO

Ut

JZ

 

Dai

 

TH

 et α

t

Nonlinear

 cortica 亅mQdulation  of   lnuscle  

fatigue

:afunctional  

MRI

 study

 

Brain

 

Rcs

2002

 

957

320

329

Ll

Yang

 

Q

 

Farlg

 

Y

 et 〔tl

Wcakening

 of 

functional

 corti

 

comuscu ]ar coupling 〔】uring  muscte  

fatigue

 

Brain

 

Res

 

2008

1250

10

112

12

Mima

 

T

 

Toma

 

K

 et aZ

Coherence

 

between

 cor 廿cal arld

  muscular  act

ivities

 aftcr 9

 ubcortical  s1エ

okc

 

S

τrokc

2001

 

32

2597

2601

13

Sa

!enius 

S

 

Avikainei

S

 et al

Dcfeclive

 corrical 

drive

 

tD

 mu5cle  

in

 

Parkins

〔}11

s 

d

[scase  and  

ils

 

improvemenl

  w 琵

h

 

levodopa

 

Bruin

2002

125

491

5

〔〕

O

14

Hellwig

 

B

 

Ilausslcr

 

S

 

et al

Tremor

correlated  cortical   activ [τ

y

  

detected

  

by

  eleclroerl〔:ephalography

  

Chn

 

Neurophysio

2000

Ll

⊥;

8

 

6

SO9

15

HDshi

 

Y

 

K

bayashi

 

N

  L

t

 al

lnT

erpi

elaio1ユ of nearin

 

frar

¢

d

 spectroscc 〕

py

 signals :astudy  wiLh  a ncxへ

dy

 

dcvel

  oped  

perfused

 rat 

brain

 model

 

J

 

Apply

 

Physiol

2001

;  

90

: 

1657

1662

16

) 

Jean

Claude

 

J

 

N

lichel

 

P

 et al

: 

A

 

dynarnic

 neLwork

 

invelving

 

MI

SI

 

SIIJnsular

 medial  

insular

 and cingulate   cortices  controls  lnus ⊂ular actMty  

during

 all 

isometric

  contracti 〔m reaction  lime  

task

 

Hum

 

Brain

 

Mapp

2009

 

30

675

688

17

Martin

 

PG

 

Weerakkody

 

N

 L

t

α

1

Group

 

IH

 and 

IV

 nlus

 

cle

 

afferents

 

differentLally

 

affec 仁

 

the

 

mo1Qr

 

cor [cx

 

and   motoneurones [n 

humans

 

J

 

Physio

2008

586

;⊥

277

289

18

Knilki

 

KD

 

Sc

homburg

 

ED

 et al

Synaptic

 responses  of  

lUmbar

 a⊥pha

nlOtOneuroneS  LO ChemiCal  algeSiC Stimu ]a

 

tion

 of skeletal 皿 uscle 

ill

 spinal eats

 

Brain

 

Res

1979

   訌

60

549

552

19

Li

 

j,

 

Sino

、、 ay

 

L

工:

ATP

 

stilnulaLes  chemically  sensitive   and  sensitizes  I1]echanicaUy  sensilix,e afferents

 

Arn

 

J

 

Physiol

 

Hearl

 

Circ

 

Physiel

2002

283

2636

2643

20

Mensc

 

S

Nerve

し1s outf[ow  

from

 skeietat  muscte  

follow

 

lng

 chemical  noxieus  stiniulation

 

J

 

Physioi

1977

267

 

75

88

21

Rutto

 

DM

 

Kaufman

 

MP

E

fcct

 of metabo ⊥

ic

 

products

 of   エnuscular  colltraction  on  

dlscharge

 of 

group

 

III

 alld 

I

  afferonts

 

J

 

App

Physiol

988

64

2306

2313

22

Sinoway

 

IJ

 

Hjll

 

JM,

  L

t

 aZ

Effe

〔:rs of con 亡raction and

 

⊥actic

 

acid

 

on

 

thc

 

discharge

 

of

 

gro

しLp

 

lll

 

Inuscle

 

affer

  enしs 

irl

 cats

 

J

 

NeuropllysioL

 !

993

69

LO53

1059

23

 

Boas

 

DA

 

Dale

 

iL}}

C

  et

 

ai

 

Diffuse

 

optical

 

i

皿 aging

 

Qf

   

brain

 

activatlion:apPrQaches

 

to

 

optimizing

 

image

 sensi

 

tivity

 resolulion

 and

 

accuracy

 

Neuroimage

200t

];

23

(6)

,to

IM\fi

uee

fi

37

k

ig

]

liL

<Abstract>

Oxygenation

Changes

in

Sensorimotor

Cortex

during

Exhaustive

Handgrip

Task

-A

Near-infrared

Spectroscopy

Study"'

Tatsuya

Iwabe,

PT,

Hideaki

Onishi,

PT,

PhD,

Masayoshi

Kubo,

PT,

PhD

Field

of

Physical

Therqpy,

Niigata

Universit,}'

of'

health

and weijdre .araduate school

Katsuya

Furukawa,

PT

Dqpartment

ofRehabUitatton,

IViigata

Rehabilitation

Hbspitat

Field

of

Physical

Theruprv,

Niigata

Uhiversity

of

health

and welfttre

graduate

sehool

Hikari

Kirimoto.

OT,

MS

Departneent

of

Occmpational

71herqm,,

ATiigata

Uhiversdy

of

Health

and

We(fttre

Purpose:

W'e

investigatecl

the

relationships

of

changes

among

muscle

forces,

muscle

activities and sensorimotor cortical

activity

during

cxhaustive

task,

Subject

and

Method/

Seven

male

healthy

subjects

participated

in

this

experiment.

Subjects

perforrned

handgrip

task

with maximul votuntary contraction

(100%MVC)

for

120

s and with

50%

maximal contraction

{50%MVC)

for

300

s.

The

rest

period

was

given

berore

(120

s) and after

(300

s)

the

'Lask,

The

cerebral cortex oxy-hemoglobin concentration change

(AoxyHb)

was

measurecl

by

Near-infrared

spectroscopy

{NIRS)

from

the

beginnin.cr

of

the

first

rest

period

to

end

oi

the

second

rest

period,

ptduscle

force

and electromyogram were

aLso

measured

in

the

same

period,

Result:

In

both

conditions,

AoxyHb

in

sensorimotor cortex exhibited sieady

increases

in

initjal

part

of

the

handgrip

task.

In

50%MVC

c:ondition,

the

decrease

of

AoxyHb

was

preceded

by

the

decrease

in

muscLe

force

and rr]uscle activity.

However,

In

100%MVC

cendition,

the

decrease

of

id oxyHb was observed only at

the

end of

the

hand

grip

task,

In

both

conditions, reduction rates

of

AoxvHb

were

Less

than

that

of

the

muscle activit.ies.

Conclusion:

This

study

demonstrated

that.

in

100%MVC

condition, sensorimotor cortlcal activitN

keeps

increasing

even

though

muscle

activity

starts

decreasing

due

to

fatigue.

However,

in

50%

MVC

eondition,

deerease

in

senserimotor

corticat

aetivity

is

ebserx,ed

significantly

Later

then

the

occurrence of

the

in

muscle activit.y.

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