急性期脳梗塞患者に対する歩行中の機能的電気刺激治療が歩容および内側感覚運動皮質のヘモグロビン濃度へ及ぼす即時的効果

理学 療 法学

　

第

41

巻 第

1

号

　

13

〜

20

頁 （

2014

年）

研 究

論

文

急 性 期 脳梗 塞 患者

に

対 す

る

歩行 中

の

機

能 的電

気刺

激

治療

_が

　　

歩容

お よ

び

内側 感

_覚

運

_{動皮 質}

の

ヘ

モ

_グ

ロ

ビ

ン

_{濃 度}

へ

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

及

ぼ

_す

_即

_時

的

_効

果

＊

久保

田

雅 史

1

）＃

　

山

村

　　

修

2

）

神 澤 朋 子

2

）

五

十嵐千秋

1

）

松 尾 英

明

1

）

成

瀬

廣 亮

1

）

　　　　　

嶋

田

誠

一

郎

1）

加 藤

　　

龍

3

）

横

井 浩

史

3

）

内

田 研 造

4

）

馬 場 久 敏

4

）

要 旨

【

目 的

】

本 研 究

の

目 的

は

，

急 性 期 脳 梗 塞 患 者

に

対 す

る

歩 行 中

の

機 能 的 電 気 刺 激 （

functional

　_electrical

Stimulation

：

FES

_）

_が

_{運動 学 的}

・

_運

_{動 力学 的歩 行}

パ _ラメ

ー

タ お よ び

内

側

感覚

運

動 皮 質

（

medial　sensorimotor

cortices ：_mSMC

_）

のヘ モ グロ ビン

濃 度

に 及 ぼ

す

即

時

的

影響

を

検

証 す

る こ と で

あ

る

。

【

方 法

】

対 象

は

発 症 後

14

日

以 内

の

脳 梗 塞 患 者

8

名 と

し

，

FES

は

遊 脚 期

に

前

脛

骨筋

を

，

立

脚 後期

に

腓 腹 筋

を

刺 激

し た。

歩

行

パ タ

ー

ン の変

化

は三

次

元

動 作 解 析

シス テ ムを

用

い

，

mSMC のヘ モ グロ ビン

_{濃 度 変 化}

は

近 赤 外 線 分 光 法 を用

い て

計

測 し た

。

【

結

果

】

FES

実

施

前

と比

較

して

FES

実 施 中

に

，

歩 行 速 度

や

，

麻 痺 側

立

脚 期

の

股 関節 屈 曲

モ

ー

メ ン ト

，

膝

関

節 伸

展モ

ー

メ ン トお よ び 足

関節 底 屈

モ

ー

メ ン トが

有 意

に上

昇

し

，

FES

終

了

後

に

も持 続

した

。

また

，

FES

実

施

中

の

非 損 傷 側

mSMC の

酸 素 化

ヘ モグロ ビン

_{濃 度}

は

，

　

FES

_{非 実 施 時}

と

比 較 し

て

加 速期

・

定 速 期 と

も

有

意 に

低

下 し ていた

。

【

結 論

】

FES

は

麻 痺 側

立

脚 期

の

支 持 性 向

上 や

麻 痺 側

立

脚 後 期

の roll

−

off

機 能 向上 と

いっ

た

歩

行

パ タ

ー

ン を

変化

さ せ

，

さ らに

非 損 傷 側

mSMC の

過 剰 な 脳 活動

を

抑 制

してい る可

能性

が 示 さ れ た

。

キ

ー

ワ

ー

ド

　 機 能 的電 気 刺 激

動 作解 析

，

ヘ モグロビン

濃 度

は じ め に

　 機 能 的 電 気 刺 激 装 置 （

functional

　_electrical　

Stimula

−

tion ：以 下

，

　

FES

_）

は

，

脳 卒 中

や

脊 髄 損 傷

などによ り

損

な わ れていた

運 動 機 能

に

対

し

，

電 気 刺 激 を

用いて

麻

痺

筋

＊

　 Imrnediate　Effects　Qf　Functional　Electrical　Stimulation　Qn

　 Kinematic　and 　Kinetic　Variables　and 　Oxygenation　in　Medial

　

Sensorimotor

　Cortices　during　Gait　in　Patients　with 　Acute

　 Cerebral　Infaretion

1

） 福 井 大 学 医 学 部 附 属 病 院 リハ ビ リテ

ー

ション部

　 （〒

910

−

ll93

　福 井 県 吉 田郡 永 平 寺 町 松 岡下 合 月23

−

3）

　

Masafumi

　Kubota

，

　PT

，

　PhD

、

　

Chiaki

　Igarashi

，

　PT

，

　Hideaki　Matsuo

．

　

PT

，

　

Hiroaki

　

Naruse

．

　

PT

，

　

Seiichiro

　

Shimada

．

　PT：Division　of

　

Physical

　

Therapy

　and　

Rehabilitation

　Medicine

，

　University　of

　Fukui　Hospital 2）福 井 大 学 医 学 部 第二内 科

　

Osamu

　

Yamamura

，

　

MD

，

　

PhD

，

　

Tomoko

　

Kamisawa

．

　MD ：

Second

　

Department

　of　

Internal

　

Medicine

，

　

Faculty

　of　

Medical

　

Sciences

，

　

University

　of　

Fukui

3

）電 気 通 信大 学 大 学 院 知 能機 械 工 学 専 攻

　

Ryu

　

Kato

，

　

PhD

，

　

Hiroshi

　Yokoi

，

　PhD：Department　of 　Mechanical

　Engineerjng　and　

Intelligent

　

System

．

　The　University　of　Electro

・

　

Communications

4）福 井 大 学 医 学 部器 官 制 御学 講座 整 形外 科 領 域

　

Kenzo

　

Uchida

，

　MD

，

　PhD

，

　Hisatoshi　Baba

，

　MD

，

　PhD：Department

　of　

Orthopaedics

　and　

Reha

’

　

bilitation　Medicine

，

　Faculty　of 　Medical

　

Sciences

，

　

University

　of　Fukui

＃E

・

mail ：

kubotama

＠u

．

fukui

．

ac

．

jp

　 〔受 付 日　

2e13

年

6

月

12

日／ 受 理 日　2013年11月13日） を 収 縮 させ

．

合 目 的 な 動 作 を 再 建 し よ

う

と

す

る

治療 法

で あ る

。

1961

年

に

Liberson

ら1）が

片 麻 痺 性 下 垂 足

の

歩

行

に 対 し電

気

刺 激 を 用い て

再 建

を

試

み た こ と が

FES

治

療

の は じ ま り と さ れ

，

近 年では

FES

を 用いた

治 療

の

有

用

性

が 広

く知

ら れてい る

2

）

3

）。

一

般 的

に

，

脳 卒 中患 者

の

下 肢

FES

は

drop

　

foot

_に

_対

_して遊

脚 期

に

背 屈 筋

を

電 気

刺 激 し

，

歩

行

機

能 を 再

建 す

るこ と が 目

的

と さ れて

き

た が

，

Kesar

ら4）は

遊 脚 期

の

背 屈 筋 電 気 刺 激

のみで

な く

，

terminal　stance に

底 屈 筋

に も

電 気 刺 激

を

す

る こ とで

即

時 的に

toe

　off

時

の

足 関節 底 屈 角 度 増 加

，

遊 脚 期

の

膝

関

節

屈 曲 角 度 増 加 す

るこ と を

示

し

，

さ らに

Embrey

ら

5）は

底

背

屈 筋

へ の

FES

が

3

ヵ

月 間

の

治 療

で よ

り歩 行 機 能 を

高 め るこ と を 示 し た

。

し か し

，

FES

の

効 果 検 証

は

，

慢

性 期

の 脳

卒

中 患 者 を

対 象

に し た ものが

多 く

，

発 症 後 早 期

に

底

背

屈

筋

FES

の

即 時 的 効 果

に

関

して は

あ き らか

に

さ

れてい ない

。

ま た

，

FES

に よる

歩 行

の

運 動 力 学 的 変 化

に

関

して述べ ら れ た

報 告

は

な

い。

　

FES

に よ

り

な ぜ 運

動 機 能

が

高 ま

るかに

関 し

て は

未 だ

議

論

さ れて い るとこ ろ で

あ

る。

近 年

，

末 梢 神 経

へ の電

気

刺 激

は

，

感 覚 入 力 を増 大 さ

せ るこ

と

で 反

対

側 の

体 性 感

覚

皮

質

の

活 動

を

高

め ること や

同 側 皮 質 脊 髄 路

の興

奮 性

が

高

14

理 学 療 法 学 　 第

41

巻 第

1

号

表

1

対 象 者

の

臨床 所 見

入 院時 NIHSS 実 験 初 日

No

　 性 別 　年 齢 　 麻 痺 側 病 型 分類 発 症 後 日数

　

ド肢 麻 痺

G

　

CSS

　 　 歩

行 補 助 具

・

装 具

02217476

66686767

女 男 男 男 男 女 女 男

12345678

右 右 右 左 右 右 右 右 ア テロ

ー

ム血 栓 性 脳 梗 塞 ア テ ロ

ー

ム血栓 性 脳 梗塞 ア テ ロ

ー

ム血栓 性脳 梗塞 ア テロ

ー

ム血 栓性 脳 梗 塞 ア テロ

ー

ム血栓 性脳梗 塞 ア テロ

ー

ム 血

栓 性

脳

梗

塞 　 心原性 脳塞栓症 　 　 ラ クナ梗 塞

433451054 978121113126

881056561158624346

　 　 　T 杖 　 　 　

T

杖 　 　 　

T

杖

T

杖 ＋背 屈 補 助 装 具 T 杖＋_{背 屈 補 助 装 具} T 杖＋背 屈 補 助 装 具 T 杖＋背 屈 補 助 装 具 　 　 　

T

杖

CSS

；

Composite

　Spasticity　Score

，

　NIHSS ；National　Institute　of　Health　

Stroke

　

Scale

，

下 肢 麻 痺

G

_；下 肢

12

段階麻痺グレ

ー

ド

ま

る こと が

示 さ

れて

き

た6

−

9）。

Francis

ら 11 ）_も

同 程

度 の

関 節 運 動

で

あ

れ ば

，

随 意

運

動

と比

較

して電

気

刺 激

によ る

運 動

におい て

両

側の

体性 感 覚

野や

島

の脳 活 動 が 高 ま る と

報 告

してお

り

，

電 気 刺 激

に よ る

末 梢

か らの

感 覚

入

力

が

脳 活 動

へ

_及

ぼ

す 影 響

は

大

きい

。

さ らに

，

電

気 刺

激 と 随 意

収 縮

を

同 期

さ せた

場 合

に は

電 気 刺 激

の み と 比

較

して

同

側 の

皮 質 脊 髄 路

の興

奮 性

が さ

ら

に

高 ま

る と

報 告

12）

さ

れて い る が

．

脊

髄の興

奮性

のみ

高

める との

報 告

13）

もあ り未

だ 議 論 さ れてい ると こ ろ である。 また

，

歩 行

な どの ダイ ナ ミッ ク な

動 作

中の

FES

が 脳

卒 中 患 者

の

脳 活 動

に

及

ぼ す

影

響 に 関 して は これ まで

報 告

が ない。 脳

皮 質 神 経 活 動

の

計 測

に は

陽 電 子 放 射 断 層 撮 影 （

PET

）

，

脳 波 （

EEG

）

，

機 能 的磁 気 共 鳴 画 像 法 （

fMRI

）

，

脳 磁 界 計 測 法 （

MEG

）

などが あるが

，

歩 行

など の運

動 中

の

脳 活 動 計 測

は

困 難

で

あ

る

。一

方

．

近 赤 外 線 分 光 法 （

near

−

infrared

　spectros

−

copy ：

NIRS

）

は

，

神 経 活 動

にカッ

プ

リング

し

た

脳 血 流

変 化 に

伴 う

ヘ モ グロビ ン

濃 度 変 化

の

計

測か ら脳の

活 動 状

態 を 推

定

す るこ とが 可

能

であ り

，

非 侵 襲 的

かつ

_{歩 行 中}

に

も

測

定

可

能 と

さ れ てい る14）。

　

そこで

，

本 研 究の 目 的 は

，

急 性 期

脳

梗 塞 患 者

に

対

し て

，

FES

の 実

施

およ び

終

了

直 後

に お いて

運 動 学 的

・

運

動 力

学 的歩 行

パ ラメ

ー

タに

及

ぼ

す 効 果 を あ き

ら かに

す

るこ と

（

実 験

1

）

，

さ ら に

FES

実 施 中

の

大 脳 皮 質 感 覚 運 動 野 領

域の ヘ モグロ ビ ン

濃 度

に及ぼ

す影 響

を

あ

き らか に

す

る こ と

（

実 験

2

）

で

あ

る。

対 象

お

よ

び

方 法

1．

対 象

　 初 発 脳 梗 塞 を 発 症 し

，

下 記の基 準 を 満た し

，

FES

お よ び

各 評価

の

実 施

に

同

意 し た

8

名

を

対

象

と した。

本研 究

の

対 象

基

準

は

，1

）

発 症

後

14

日 以

内

で

あ

る こと

，

2

） 小

脳

お よ び 前 庭 障 害 や 著 しい

感 覚 障 害

が ない こと

，

3

） 足

関 節 背 屈

の

可 動

域 が

0

度

以 上

有

して い る こと

，

4

）

HDS

−

R

が

22

点

以 上 で あ りコ ミュ ニ ケ

ー

シ ョ ンに

問 題

が ない こと

，

5

）

理

学 療 法 士

の

介 助 な し

で

10m

以

上

歩 行

口_∫

能

で

あ

るこ

と

，6

） 歩 行

に

影 響 を与 え

る

整 形 外 科 的 疾

患 な ど が ない こ と と した

。

対 象

の

8

名

は ア テロ

ー

ム

．

］

flltSN

性 脳 梗 塞

6

名

，

心 原

性

脳

塞 栓 症

1

名

，

ラ ク ナ

梗 塞

1

名

で

あ り

，

発

症 時

の

National

　

lnstitute

　of　

Health

　

Stroke

　

Scale

（

NIHSS

）

，

実 験 時の 下 肢

12

段 階

麻 痺

グレ

ー

ド

（

下

肢 麻

痺

G

）

お よ び

Composite

　

Spasticity

　

Score

（

CSS

）

は

表

1

に

示 す

。

本 研 究

は

福 井

大 学 医

学 部

附

属 病 院 医 薬 品等 臨

床 研 究 審

査

委 員

会の

承

認

（

承 認 番 号

2012829

）

を 得て

実

施

してお

り

，

症 例には 十 分 インフ ォ

ー

ム ドコ ンセ ン トを

行

い

，

_書

面に て同 意 署

名

を

受

け た。

2．

実 験 方 法

1

）

電

気 刺

激

　

4

チ ャ ン ネル 機 能 的 電 気 刺

激

装 置

（

電 気

通

信 大 学

，

YK

−001

）

を

用

い

，

刺

激 用

表

面 電 極

（

5

　x　

5

　cm

）

は

前 脛

骨 筋

お よび

腓

腹 筋 内 側 頭に貼 りつけ

，

歩 行

周

期 中

の

電 気

刺

激 を 制

御

し た

。

歩 行 周 期 は 検 者 が 目 視 で 確 認 し

，

遊 脚

期

は

前 脛 骨 筋

を

，

立

脚 中

期 か ら 終 期 ま で は 腓

腹 筋 を手 動

スイッ チ に て

刺

激

（

rarnp 　up　

time

は

0

秒 ）

し

た

。

電 気

刺

激 は 高 頻 度 パ ル ス （

Carrier

波

）

を

断 続

的に

発 振

（

Burst

波

）

さ せ る 双

極 矩 形 波 と

し

．

実 質 的 な 刺 激 量

は パ ル ス

幅

をパ ル ス

周 期

で

割

っ

た

Duty

比

で

決 定 し

た 15） 。 本 研 究で は

，

Carrier

周 波 数

2

，

000

　

Hz

，

　

Burst

_{周 波 数}

を

100Hz

と

50

　

Hz

を

7

対

3

の 比

，

　

Duty

比

50

％ と

し

た。

刺

激

強 度

は 電

気 刺 激

を

痛

み

と

し て

感

じ

な

い

最 大 強 度

と し

，

実

験

前

に

安

静 座 位 に て 足 関 節 運

動

が

生

じる

程 度

の

筋 収 縮

が

得

ら れて いる こ と を

確

認 し た

。

実 験

1

；

_{歩 行 解}

_析

_（

_図

IA

）

　

実

験 初 目 は

，FES

実 施

前 後

の

歩 行

パ タ

ー

ン の

_{変 化}

を 三

次

元

動

作 解 析 装 置 を用

い て

解 析 し

た。

　

歩

行 解 析 は 大 型

床

反

力 計 （

AMTI

社

，

　

OR6

　series

_）

4

枚

　

カメ ラ

_（

Vicon．

　

MX −T

_）

10

_{台 を 同 期}

し た

VICON

脳 梗 塞患 暫に対 する機 能 的 電 気 刺 激 治療の即 時 的 効 果

15

回

安 静

立

位

30s

安 静

立

位

30s

歩 行

FES

な

し 　

50s

安 静

立

位

30s

_×

₄

_「司

_繰

_り

_返

_し

開 始

終

了 　 　 　 図1 実 験 風 景お よ び プロ トコ ル 歩 行 解 析 は

10

台の カ メ ラと 同 期 し た

4

枚の 床 反 力 計 」二を 被 検 者 が 歩 行 し

．

FES

前 と

FES

［

ti

_{お よ び}

10

_{分 間}の

Functionat

　electricat　

StiMutElti

〔〕n 〔

FES

〕 実 施 後の各 歩 行パ タ

ー

ンを 計 測 した 〔

A

，

　

B

_）

．

_{大 脳 皮 質 感覚 運動 野}ヘ モグロ

ビ ン濃 度測定で は

，

被 検 者は トレッ ドミ ル

．

ヒを 歩 行し

，

FES

あ り と

FES

な し での歩 行 を各

4

回ずつ 繰 り返し て

Near

−

infrared

　spectroscopy （

NIRS

）を用い て 測定し た （

C

，

　

D

〕

．

MX

を

川

い て

評 仙

し た

。

床

反

力 計

の サン プリ ン グ

周 波 数

は

LOOO

　

IIz

，

カメラの サンプ リング

周 波

数 は

100

　

Hz

と し た

。

ま

ず

Plug

−

ln

−Gait

モ デ ルに し た がい

、

_直

：

_径

15

　mm の反

射

マ

ー

カ

ー

を

体 表

に

貼

りつ _{け た}

。

歩

_{行 路 は}

8m

_と し

．

歩 行 速 度

は

自 山歩 行

，

必

要

な 症

例

には

歩 行 補 助 具

や

背 屈 補

助 装 具

（

NAKAMURA

　

BRACE

_杜

，

_プ ロ フ ッ タ

ー

）

を

使

用 し た

。

症 例 は

，

まず

FES

な しで

歩

行 （pre

−

FES

）

，

そ

の

後

10

分 間

FES

あ

りで

歩 行 （

FES

）

，

最 後

に

再

び

FES

な しで

歩 行 （

post

−

FES

）

を

行

い

．

各

歩

行

タス ク

中

か ら

3 歩

行 周

期 を

抽

出 し た

（

図

1B

）

。

抽

出 し た

歩 行

は

，

1

歩 行 周 期

で正 規

化

し た

後

に

加 算 平 均

を

行

っ た

。

解

析

に は

Vicon

　

Nexus

_{を 川}い

，

_得

_{ら れ た}

_床

_{反 カ}デ

ー

タ と 反

射

マ

ー

カ

ー

の三 次 元 位 置デ

ー

タか ら

，

時 間 距 離 因 子 と して

歩 行

速

度

，

ケ イデ ン ス

，

ス トライ ド長 を 算 出 し

，

股

関 節

，

膝 関 節

，

足

関 節

の運

動 学

的

因

．

予

，

運 動 力

学

的 因 子 を

算

出 し た

。

運 動

学

的 因 子 と運 動

力

学 的 因 子で は

，

歩

行

周 期 中

の ピ

ー

ク

f

直

を

抽 出

し

，

pre

−

FES

，

　

FES

，

　 _post

−

FES

の

各 歩 行

タスク

問

で比

較

し た

、

、

実 験

21

大 脳 皮

質

感

覚

運 動 野ヘ モ グロ ビ ン

濃

度 測

定 （

図

lC

）

　 実

験二 目 目 （

実 験

1

の翌 日 ） に は

FES

の

有 無

に よ る 大

脳 皮 質

ヘ モ グロ ビン

濃 度 変化

の

違

い を

解 析

した。

　

ヘ モ グロビ ン

_{濃 度 測 定}

には

発 光

プロ

ー

ブ

10

個

と

吸 光

プロ

ー

ブ

8

_個

か ら

_構

成 さ れ る

24

チャ ンネルの近

赤 外 線

分 光

法

（near

−

infrared

　spectroscopy ：

NIRS

_{） （}

日 立 メ デ ィコ

，

光 トポ グラ フ ィ

ー

シス テム

ETG

−

100

） を

用

い

，

サンプ リン グ 周 波 数 は

10Hz

と し た

。

歩

行 は ト レッ ド ミル

（

ミナ ト医

科

学

，

オ

ー

トラ ンナ

ー

AR

−

100）

上で

行

い

，

_{歩 行 速 度}

は

前

日に

行

っ た

歩 行 解析 時

の

歩 行 速 度

で

設

定

し た

。

歩

行 中

に

安 定

し た

計 測

がで き る よ

う

に

．

頭 皮

に あて た オ プ ト

ー

ド は

専

用ホ ル ダ

ー

で ト分 固

定

し た

。

プ ロ

ー

ブ

_問

の

_{距 離}

は

3．

Ocm

に

設 定

し

．

両 側の

_{前頭 頭 頂}

領 域 を

12

チャ ンネルずつ

，

_{そ れ ぞ れ}

9xgcm

の範 囲 を プロ

ー

ブで

覆

っ た

。

ま た

．

国 際

10

−20

法

に お け る

Cz

を 基

準

点 と し

，

Kuboyama

ら16）や

Miyai

ら 14］の 方

法

を

参

照 し て

，

チャ ンネル

5

お よ び

15

が そ れ ぞ れ 両 側の

内

側

感 覚

運

動 皮 質

（medial 　sensorimotor 　cortices ：以

．

ド

，

mSMC ） に

該 当

す る よ

う

プロ

ー

ブ は

設 置

し た

。

タス ク は

．

30

秒 間の安 静 立 位の後 に

，

50

秒 間の

FES

あ り と

FES

な しでの

歩 行

タス ク を

4

同

ず

つ

交

互 に

行

い

，

各 歩

行

タス ク問 に は

30

秒

間の

安 静

立

位

を 取 り 入 れ た

（

図

lD

）

。

ま た

．

測

定

中 に は 頭

位

を 可

能

な 限 り

動

か さ ない よ

う指 示

し

，

前 方

の

壁

に

張 り

つ

け た 点 を常

に

注 視

し てい

16

理

学療法学　第

41

巻

第

1

号

表

2

時 間距 離 因子

平 均値±_{標 準偏}差 _P値

pre

　

FES

FES

　 　 　 　

pre

−

FES 　vs

．



_pre

−

FES　vs

，



FES　vs

．

post　FES

　 　 　 FES 　　　　　post

−

FES 　　　 post

−

FES

ケイデンス ス トライ ド長

　歩

行速度

Steps

〆min 　mm ／sec

44

．

1

　±

7

．

0

　　　　　51ユ　± 7

，

9

0

．

56 ±

0

．

10　　　　0

．

61　± 0

．

07 020 ± 0

．

04　　　　0

．

26 ± 0

．

05 52

，

7 ± 72 0

．

61 ± 0

．

13 0

．

27　±

0

，

07

O

．

2040

．

4060

．

042

0

．

086

 

．

3020

．

030

1

．

0001

．

0001

．

OOO

　 30　

・

L

暝 25

一

↑

2° 　 lS10 　 5G 股 関節 角 度 （

°

） ＊ 亀 山 5 飫 3

　

3

　

Z

　

2 租 嘩

↑

急

％　gait 　cycle 股関 節モ

ー

メン ト

　

（

Nm

／

kg

） 15　 105 膝 関 節 角 度 （

°

）

瓢

：

↑

。

．

。

：

G

？

1

：

　三：

　蕊：

e 　こ　　

　

　 　 ％　gait　cycle 膝 関節モ

ー

メン ト （

Nm

／

kg

） 哩 o

’

4

’

＊



_才 章 _o

_．

₃

↑

・201 　 0

過

1

　

．

O

．

Z　

一

gs

　gait　じycle 　 20　

．

哩 翌皿 15 　 10

↑

1　 　5D

・

5

．

10

．

15 足関 節 角 度 （

°

） ％　gait　じycle 足関

節

モ

ー

メン ト （

Nm

／

kg

） 理

　

゜

』

3i 璽 ・z5

　　　

　 　 oz　

↑

　 015　

　

，

1

：

一

。

。

：

　 　

．

01　

’

＊

　 †

％gaiしcycle

　 　 　 　

一

　　；pre

−

FES■ ：FES

°

°

”°

：post

−

FES

　 　 　 図2 関 節

．

角 度お よ び関 節モ

ー

メ ント

pre

−

FES

，

　

FES

，

　_post

−

FES の各 歩 行タス クにお ける 1歩 行 周 期 中の股 関節

，

膝 関 節

，

足 関 節の矢 状 面 関 節 角 度お よ び矢 状 面 関 節モ

ー

メ ン トを示 す

．

＊：_p＜ 0

．

05_（pre

−

FES 　vs

．

　FES） †：

_p

く O

．

05_（

_pre

−

FES 　vs

．

　

_post

−

FES _）

た

。

大 脳

皮 質

ヘ _{モ グロ} ビ ン

_{濃 度}

の

評 価

と して

両 側

の mSMC に お け る

酸 素化

ヘ モ グロビン濃 度

（

oxy

−Hb

_）

，

脱

酸 素 化

ヘ モ グロ ビン

濃 度

（

deoxy−

Hb ）

お よ び 総ヘ モ グ ロビ ン濃 度

（

tota1

−Hb

）

を

経 時

的 に

計

測 し た

。

各 歩

行

タ ス ク

直

前

の

安静

立

位

期 間 中

のヘ _モ グロビン

_{濃 度}

を 基

準

と して

，

歩 行

タス ク 中のヘ モ グロ ビン

濃

度の変 化 量 を 抽 出 し

，

さ ら に

4

回の

各歩

行

タス ク を そ れ ぞ れ

加 算 平 均

し た

。

∠ oxy

−Hb

は タス ク に

関

連 し た

脳 活 動

量 を もっ と も よ

く

反

映 す

る14）　17

’

19 ）と

報 告

さ れてお り

，

局

所

脳

皮 質

の

活

動

量の

指 標

と して ∠ oxy

−Hb

を

用

い た

。

設 定

し た

歩

行

速 度 に よっ て 異 な る が

，

静

止

位

か ら 十 分

一

定

速 度 に な る ま で に 最

大

20

秒 程 度

要 す る た め

，

歩 行 開 始

か ら

20

秒

間 を

加 速 期

，

歩

行 開 始

30

秒 後

〜

　

50

_{秒 ま}

で の

20

秒 間

を

定 速

期

と し

．

加 速 期

お よ び

定 速 期

で の oxy

−

Hb

の ピ

ー

ク

値

を

FES

あ り

と

FES

な しで比

較

した

。

2

） 統 計解 析

　 統 計 解 析

は

，

SPSS15

．

OJ

　

for

　

Windows

_を

_使

_{用 し た}

。

pre

−

FES

，

　

FES

お よ び

_post

−

FES

にお

け

る

歩 行

パ ラ メ

ー

タの比

較

は

一

元 配

置分 散 分 析

を 用い た

後

，

post　

hoc

_{と し}

て

Bonferroni

　

test

を 用いた

。

　

FES

の

有

無

にお

け

る 大 脳

皮 質 感 覚

運

動 野

の ∠」 oxy

−

Hb

の比

較

は

Mann

−

Whitney

　

U

testを

用

い た

。

有

意

水 準

は

5

％ と し た

。

結

果

1．

歩

行解 析

　

ケ イデ ン ス とス トライ ド長 は タス ク 問で

有 意 差

が な

く

，

歩

行

速

度

は

pre

−

FES

と 比

較

し て

有

意 に

FES

お よび

post

−FES

は 増 加 し ていた

。

（

表

2

）

　

立 脚

期

で は

，

pre

−

FES

と

比

較

して

FES

で は

股

関

節 屈

曲

モ

ー

メ ン ト

，

膝 関節 伸 展

モ

ー

メ ン トお よ び 足

関節

底

屈

モ

ー

メ ン トが

有 意

に 上

昇

し て お

り

，

膝 関 節

の

Double

knee

　action が 消

失

してお り

，

こ

う

い っ た

歩 行

パ タ

ー

ン

は

post

−FES

に も 同

様

に み ら れ た

（

図

2

）

。

　

一

方

t 立 脚 期の股 関

節 伸

展

角 度

は

pre

−FES

と

比

較

し

脳 梗 塞患者に対 する

機

能 的電

気刺

激

治療

の即

時

的

効

果

17

囲

房

調

i

トレ ッ ド ミル

歩 行

團

0

．

25

宀 o 自 日 ） 拍 ロ 脈 申

ぐ

0

．

2

幾

・

・

15 　 　 　

0

．

1

　 ）

_O

，

₀₅

酸 素 化ヘ モ グロビン濃 度；oxy

−

Hb

，

ン濃 度；total

−

Hb

∠

］

oxy

−

Hb

∠

］

deoxy−Hb

∠tota1

一

日）

　　0　

　

時

間

一

_。

_．

_。，

　

1

（

秒 ）

　 　 　I　　　 　　 　　 　 l 　

₋

　 　 　 o

．

1

_{加 速 期 　 　 　 定 速 期}

図

3

　トレッ ドミ ル速 度と歩 行 時の各ヘ モグロビン濃 度変 化 （代 表例

，

FES なし）

　 　 　 　

脱 酸 素 化ヘ モ グロビン濃 度；

deoxy

−

Hb

，

総ヘ モ グロビ

A

∠

oxy

−

Hb

　 　

O

．

4

−

1 　

0

，

35

言

。

竃

：

6

　 　

0

．

2

旦

　

0

，

15

。

竃

：

　 　

0

　 ＊ 一 　 ＊ 一

加 速

期

定速

期

B

∠

oxy

−

Hb

　 　

O

，

4

　 0

．

35

言

03

篝

0

．

2568

　

0

・

2

邑

0

．

15

　 　0

．

1 　

0

，

05

　 　 0

加 速

期

定 速

期

　　　　　　■

FES

な し



FES

あ り

　 　 　 　

図

4

　

歩 行 巾∠ oxy

−

Hb

の最 大 値 非 損 傷側 （

A

）

，

損 傷側 （

B

）に お け る加 速期 と定 速期の最 大∠ oxy

−

Hb

の平均 値 を示す

，

＊：_pく

0

、

05

，

N

．

S

．

：_{有 意差}な し

差

は

消 失

し てい た。

ま

た

，

遊 脚 期

の

足

関

節 背 屈 角 度

は

pre

−

FES

と比

較

して

FES

で は

背

屈

位

で あっ たが

，

　

post

−

FES

で は

，

　

_pre

−

FES

_と

_{同 様}

に

底 屈 位

で

あ

っ た。

2

．

大 脳 皮 質 感 覚

運

動 野

ヘ モ グロ _ビン

濃 度

　

トレ ッ ドミ ル速

度

の

変 化 （図

3

上

段 ）

に

伴 う

∠ oxy

−

Hb

，

∠

deoxy

−

Hb

お よ び∠ total

−

Hb

波 形

の

代 表 例 を図

3

下

段

に

示 す

。 ト レッ ド ミ ル が

加 速 す

る

加 速 期

に は

∠ oxy

−

Hb

お よ び

Atotal

−

Hb

が

増 加

し

，

∠

deoxy

−

Hb

が

減 少

し た

。

その

後 　

トレッ ドミ ルが

一

定

の

速 度

で

推 移 す

る

定

速

期

には∠ oxy

−

Hb

および∠ total

−

Hb

が

軽 度 低

下 し た 値で変 化 は 少 な く

，

歩 行 終 了 と と もに

各

ヘ モ グロ ビ ン

濃 度

は

基 線

に

収 束 す

る よ

う変 化

し た。

FES

の

有 無

に か かわ ら

ず

同

様

な

波 形

パ タ

ー

ンを 示 していた

。

　

非 損 傷 側

mSMC の ∠ oxy

−

Hb

は

，

　

FES

の

実 施

に よ

り

加 速 期

・

定 速期

と

も有 意

に

低 下

してい

た （

図

4A

）

。

一

方

，

損 傷 側

mSMC の ∠　oxy

−

Hb

は

，

　

FES

の

有 無

に よ る

有 意

差

は

認

め

な

かっ た

（

図

4B

）

。

考

、

察

　 本 研 究

の

も

っ と

も重 要

な

結

果の

1

つ は

，

腓

腹 筋

と

前

脛

骨 筋

へ の

FES

に よっ て

麻 痺 側 立 脚 期

の

支 持 性

や

立 脚 後

期

の roll

−

off

機 能

遊 脚 期

の

drop

　

foot

を 即

時

的 に

高

め る とい っ た 運

動 学 的

・

運

動 力 学 的歩 行

パ ラ メ

ー

タ の

変化

を

18

理学 療 法 学 　 第41巻 第1号 明 ら かに で き たこ とであ る

。

　

Kesar

ら4）は

，

前 脛 骨 筋

の みで

な く腓 腹 筋

へ

_も

FES

を

実 施 す

ることで toe　off

時

の

足 関 節 底 屈 角 度

が

増 加

し

，

矢 状 面 床 反 力

が

増 加

し

，

歩行 速 度

が

増 加 す

る こと を

報 告

し てい る。

本 研 究

で は

，FES

を 実 施 す

るこ とで

足

関

節

底 屈 角 度

に

変 化

は

な

かっ

た

が

，

立 脚 期足 関 節底 屈

モ

ー

メ ン トは

増加

し

，

歩 行 速 度 も

上

昇

した

。

健 常

人の

歩 行

に お いて

も

，

下 腿 三 頭

筋

に よ る

立

脚

後 期

の roll

−

off

機 能

は

推 進

力 を高

め

効 率 的

な

歩行 を す

る た め に

も非 常

に

重 要

な

要 素

で

あ

る と さ れてお

り

20 ）

，

立

脚 後 期

の

下 腿

三

頭 筋

FES

の

実 施

に よ

り

この rol

−

off

機 能

を

高

め る こ と がで き

，

歩

行

速

度

の

増 加

に

関 与

し た と

考

え ら れ た

。

　

FES

の

実 施

に よ

り

立

脚 期

の

股 関 節 伸 展 角 度

や

股 関 節

屈 曲

モ

ー

メ ン トは

有 意

に

増加

し た。 これ は

，

立

脚 後 期

に roll

−

offが 可

能

と な り 下

肢 を 後 方

へ

_{蹴 り}

だせ る ことに よ

り

股

関

節

の

伸 展 角 度

が

増 加

し

，

結

果 と し て

歩 行 速 度

の上

昇

に 関

与 す

る

と推 察

で

き

た

。

さ ら に

，

FES

中

に

立 脚 期

の 股 関 節 屈 曲モ

ー

メ ン トお よ び 膝 関 節 伸 展モ

ー

メ ン トが 増

加

し たこ と は

，FES

に よ り麻 痺 側へ _の支

持

_{性 を 増}

加

_さ せ な が ら

歩 行

す るこ と がで きてい た た め と

考 え

ら れ た

。

一

_方

_，

_FES

_{に よ り}

_Double

　

knce

　action が 消 失 して い た が

，

こ れ は pre

−

FES

で は 立

脚 期

に

反 張 膝

を 呈

す

る 症

例

も

，

FES

に よ

り膝 関 節 屈 曲位

で立

脚 支 持

が

可 能

と

な

っ た 症 例 が

多

かっ た ため と

考

え ら れ た

。

脳

卒

中 片 麻

痺

症 例 の

歩行 特 性

に は

，

歩 行

速

度

の

低

一

ド

，

麻 痺

側 立

脚期 時 間

の 減 少

，

立 脚 初 期の背 屈 角 度の減 少

，

立 脚 期の荷 重 量の減 少

，

立 脚 後 期 か ら 遊 脚 期 に か け た 推 進 力の低 下

，

toe

　off の

早

期

化

な ど が

挙 げ

ら れ る21 ）が

，FES

を 実 施 す ること で こ の

歩 行 特性 を修 正

し た

歩 行

パ タ

ー

ンで

歩 行

が 可

能 と

な り

，

発 症 後 早 期 か ら 良 好 な

歩

行パ タ

ー

ンで練 習 を 行 え て いること は

非 常

に 重

要

で

あ

る と

考

え ら れ る

。

　 本 研 究

の

2

つ 目に重

要

な 結 果 は

，

FES

を 実 施

す

るこ とで非 損 傷 側の体 側 感 覚 運 動 野 領 域 に お け る∠ oxy

−

Hb

上

昇

が

減 少

し

．

過

剰

な 脳

活 動

を 抑 制 し てい る 可 能 性 が 示 さ れ たことであ る

。

　

一

般 的 に

，

脳 活 動 が 随 意 運 動 を 引 き

起

こす 際 には運 動 野の

_神

経

活

動

が

興 奮 す

る が

，

局

所

脳 血 流 が 脳

活 動

に

伴 う

酸 素 消 費

や

代

謝 亢 進

を

先 駆

的 に 上 回 る た め

該 当 す

る

皮 質

の酸 素 消 費 を 過 剰 に 補

う

た め に∠ oxy

−Hb

が 上 昇 す るこ と が

報 告

さ れて いる 17）　18 ）　22 ）

。NIRS

は この

点

に 注 目 し

，

局 所

ヘ モ グロビン

濃

度の

変

化 か ら 閲

接

的 に 脳

活 動

の

変 化

を 推 測 して い る

。

歩

行 中の

NIRS

計 測 で はmSMC や 補 足 運

動

野の ∠ oxy

−Hb

が 上 昇 す るこ と が 報 告 さ れ て お

り

14 ＞

．一

定 速 度

で の

歩 行 を継 続 す

る

と歩 行 制 御 中枢

が 脳 幹 や 脊 髄 の

CPG

ヘ シフ トす る た め∠ oxy

−

Hb

は

低

下 し

，

歩

行 開 始 時

や

歩 行

比 が

変 化 す

る

と高 値 を示 す

と

され

てい る23 ）24 ）

。

本

研

究 結

果 で

も同 様

に

，

加 速 期

に∠　oxy

−

Hb

は 急 激 に 上 昇 し

，

定 速 期 に は 軽

度 低

下 した

値

で

一

定

と な り

，

先 行 研 究 と 同 様 な 結 果 を 示 し た

。

　

脳 卒 中

症

例

で は

歩

行 中

の mSMC や

補 足

運

動 野

・

運

動

前 野

の

脳 活 動

が

非 損 傷 側

では

損 傷

側 と比 し過

剰

に

活 動

し て お

り

，

さ らに

歩 行 中脳 活 動

の左

右 非 対 称 性

の改

善

は

歩

行 非 対 称 性

と

相 関 関 係 を有 し

てい る こと が

示 さ れ

て い る 25）

。

脳 卒 中発 症 後

の

非 損 傷 側

にお

け

る

過 剰 な脳 活 動

が 運

動

パ フ ォ

ー

マ ン ス の

低

下 と

関連

し てい る ことは

歩 行

以

外

の タスク で

も報 告

26）さ れ て お

り

，

損 傷 側

と

非 損 傷

側の 脳

活 動 対 称 性 を再 構 築 す

るこ

と

が

運 動 機 能

回

復

に

重

要

で

あ

る と

考

え ら れ ている

。

本

研 究の

_結

果 で は

，FES

ILi_に

_{非 損 傷}

_{側の ∠ oxy}

−Hb

_は

_有

_{意 に}

_低

_{下 し}

，

_{損 傷}

_側の ∠ oxy

−

Hb

と 同

程 度

の

増 加

量であっ た

。

こ れ は

，

　

FES

_に よ

り麻 痺 側 下 肢

の

支 持 性

が

向

上

す

ること で

非 損 傷

側の脳

活 動

が

過 剰

に 生 じ る 必

要

が な

く

なっ た た め

，

脳 活

動

が

左

右 対 称 的

に生 じ る ことに

な

っ たのか

，

ま た は

電 気 刺 激

の

感 覚

入

力

に よ る

影 響

か は

あ き ら

か にで

き な

い。

しか し

，

FES

に よ

り即 時 的

に

歩 行

パ タ

ー

ン

を変 化 さ

せるだ

け

で な く

，

脳 活 動の対 称 性 を 改

善

させ る卩

f

_{能 性 を}

_示せ た こと は

，FES

の

有効 性

を 示

す う え

で

重 要

で

あ

る。

　

一

方

で

，

歩 行

の よ

う

な

全 身 運 動

は

心 拍 数

や

血 圧 な

どの 生 理 的パ ラ メ

ー

タ に 変 化 を も た ら し

，

NIRS

で

計

測

す

る

局 所 酸 素 化 動

態 に

影 響

を

与

え る23 ）27 ）

。

このた め

，

本 研

究

の

歩 行 中

mSMC

領

域の ∠ oxy

−

Hb

増 加

は 脳

活

動

以

外

の変 化 も 捉 えてい た か も しれ ない

。

しか し本 研 究で は 同

一

_速

_度

_の

_歩

_行

_{課 題 中 に}

_FES

_を

_{施 行}

_{す る}こと に よ り

非 損

傷 側のみ∠ oxy

−

Hb

増 加

量 が

減 少

し たこ と か ら

，

我

々は 生 理 的パ ラ メ

ー

タ上 昇 に

伴 う変 化

だけで はな

く

，

脳 活 動

に

伴

う

局 所

循

環

変 化 も

反

映

し てい た

と推 察

し ている。

　 本 研 究

の

3

つ 目 に

重 要 な結 果

は

，

FES

終 了 後

に

も

立 脚 期の

歩

行パ タ

ー

ン は 維 持 さ れ て お り

，

治

療

的

効

果の

存

在

が

示

さ れ た こ とで あ る

。

　

FES

治 療の効 果 と して

装

具 的

効

果 のみ か

，

治 療 的 効

果 （carry 　over ） が あ る か は 未だ議 論 さ れてい る と こ ろ

で あ る

。Kottink

ら28）や

Pereira

ら29）の review で は

，

FES

後

に

電 気 刺 激 を止

めて

も歩 行 速 度 が 向

上 し たこと や 足 関

節 背

屈の随

意

運

動

が

拡 大

し た などの

報 告

も ある が

治 療 的 効 果

の

機 序

は

あ き ら

かで

な

い と

結 論

づ

_け

ら れてい る。

Rushton

　 30）_は

_，

_{患 者}

_の

_{随 意 運 動}

_の

_{指 令}

_と

_FES

_が

_同

期

す ることで

前 角 細 胞

の シナ プス

前

とシナ プス

後 興 奮

が 同

期

し

，

結

果

と

し て

残 存 す

る

錐 体 路 を活 性 化 さ

せる こと がcarry　over　effectの

機 序

で は

な

い か と

提 案

してい る

が

，

未

だ

仮 説

の

段 階

で

あ

る。

本 研 究 結 果

で は

．

FES

終

∫

後

に

も麻 痺 側 立 脚 期

の

股 関節 屈 曲

モ

ー

メ ン ト

，

膝 関節

伸 展

モ

ー

メ ン

トお

よ び

足 関節 底 屈

モ

ー

メ ン トが

増 加

し た

ま ま維 持

さ れてい た が

，

drop

　

foot

の

改 善

は

維 持

で

き

な

か

っ た。 立

脚 期

では

，

FES

中

に

麻 痺

側へ の

荷 重

を

増 加

さ せ た

歩 行

パ タ

ー

ン

_（

_発

症

前

の

歩 行

パ _タ

ー

ン

） を再 学 習

し

，

FES

終 了 後

に も 麻

痺

側 下

肢 機 能 を最 大 限 発 揮 し

て

脳 梗塞 患者に対 する機 能的 電 気刺激 治療の即 時 的 効 果

19

学

習 し た

歩 行

パ _タ

ー

ン

を維 持

さ せ るこ

とが

で

きた が

，

遊

脚 期

で は

重 力

に

抗

せ る

背 屈 筋 力

の

増 大

は

生

じ

な

かっ

た

の で は

な

いか と

推 察 さ

れ た。

本 研 究

は

発 症 前

の

歩

行

イメ

ー

ジ を

有

してい る

可 能 性

が

高

い

発 症 早 期

の

症 例

を

対 象

と し て お

り

，

FES

に よ

り即 時 的

に

_歩

行

パ タ

ー

ンが

改 善

し

，

さ ら

に

治 療 後 も維 持 さ

れるとい

_う

こ と は

急 性 期

リハ ビリ テ

ー

シ ョ ンと して

重 要

で

あ り

，

今 後

は

一

定 期 問

の

介

入

効

果 を検 証 す

る

必 要

が

あ

る。

　 本

研

究

の 限

界 点

の

1

つ は

対 象 者

が

8

名 と少 な

い こ とで あ る

。

FES

の

有 効 性

は

脳 梗 塞 重 症 度 な ど様

々

な要 因

に

影 響

を

受 け

る可 能

性

が 高いが

，

ど

う

いっ た 症 例 に 有 効で

あ

る か

，

ど

う

いっ た

症 例

では 逆 に

有 効 性

を

得

る こ と が で

き

ないか は

今 後 検 証

してい

_く

必

要

が ある

。

2

つ 目に

，

本

研 究

の電

気 刺

激の タイミング は

検 者

の手 動ス イッチで決

定 し

て

お り

，

客 観 的

に

毎 回 ま

っ た

く同

じ タ イ ミングで

電

気 刺 激 を実 施 す

る こ とは

困 難

で

あ

る。 し か し

足 底

圧セ ン サ

ー

を使

用 した

先 行 研 究

と

比 較

し て

も大 きな違

い は生 じ て お ら

ず

，

手 動

ス イッチ で

も

FES

の

有 効 性 を

．

．

卜分 発 揮

で き る と 推 察 してい る

。

3

つ 囗 に

，

床 反

力

上の

歩 行

と ト レッ ド ミル上の

歩行

で は

，

厳

密

に は

環境

が

異

な り

歩 行

パ タ

ー

ンや 脳

活

動

は

異

な る 可

能

性

が あ る

。

今

後

は

歩 行

パ タ

ー

ンの

変 化

と脳

活 動

の変

化

を 同 時 に 測 定 す るこ と が 必

要

に

な

る で

あ

ろ

う

。

結

語

　 急 性 期 脳 卒 中患 者

に

お

いて

，

腓 腹 筋

と

前 脛 骨 筋

へ の

FES

に よ る

即 時 的 な歩 行

パ タ

ー

ン の

変 化

やmSMC

領 域

の ∠ oxy

−

Hb

変化

を

測 定

した。　

FES

を

実 施 す

る ことに よ

り

，

歩行 速 度

の

増加

，

麻 痺 側

立

脚期

の

支 持性 向

上

，

麻 痺

側

立

脚 後期

の rol1

−

off

機 能 向

上

，

遊 脚 期

の

足 関 節 背屈 角 度

増 加

とい っ た

歩 行

パ タ

ー

ン が

即 時 的

に

改 善

し

，

さらに

非

損 傷 側

の mSMC

領 域

の

過 剰 な 脳 活 動 が抑 制 され

た

可 能

性

が

示

さ れ た。

謝 辞

：

_{本研 究}

の

一

部

は

総 務 省 「戦 略 的 情 報 通信 研 究 開 発

推 進事 業 （

SCOPE

）

」

の

助 成

の も とに

行

わ れ た

。

文 　 　献

1

）

Liberson

　

WT

，

　

Holmquest

　

HJ

，

　et α

1

．

：

Functional

　 electrotherapy ；stirnulati 〔｝n　of 　the　peroneal 　rユerve

　

synchronized 　with 　the　swing 　_phase　of　the　_gait　Qf 　 hemiplegic　pa口ents

，

　Arch　Phys　Med 　Rehabil

．

1961；42：

　

101

−

105

．

2

）

Pomeroy

　

VM

，

　

King

　

L

　

，

et α

1

．

：

Ele

⊂trostimulation　

for

　

prQmoting 　recovery 　of 　movement 　or 　

functional

　ability

　 after　strQke

．

　Cochrane 　Database 　Syst　Rev

．

2〔｝06；19｛2）：

　

CDOO3241

．

3

）

Daly

∫

J，

　

Roenigk

　

K

，

　et α

1

．

：

Arandomized

　cQntrelled 　tria工

　 of　

functional

　neurornuscular 　stimulation 　in　chronic 　stroke

　 subjects

．

　

Stroke

．

2DO6

_；

37

_（

1

）_：

172

−

178

、

4

）Kesar 　TM

，

　Perumal 　R

，

　 et 　al

．

：Functional 　 electrical

　 stimu ！ation　of　ankle　ptantar且exor 　and 　

dorsifiexor

　muscles ：

　 effects　on　poststr〔｝

ke

　gait

，

　

Stroke

．

2009

；

40

（

12

）；

3821

−

3827

．

5

）

Embrey

　

DG

，

　

Holtz

　

SL，

　et　al

．

；

Functional

　electrical

　 stimulation 　to　

d

〔〕rsifiexors　and　_plantar　

flexors

　

during

　_gait

　 to　

improve

　walking 　in　adults 　with 　chronic 　hemiplegia

．

　

Arch

　

Phys

　

Med

　

Rehabil

，

2010

；

91

_（

5

_）；

687

−

696

．

6

）

Khaslavskaia

　

S

，

　

Ladouceur

　

M

，

　et　_al

．

_：Illcrease　in　tibialis

　 anterior 　motor 　cortex 　excitability 　

following

　repetitive

　 electrical　stimulation 　of　the　cemmon 　_peroneal　nerve

，

　

Exp

　

Brain

　

Res

，

2002

：

145

_（

3

_｝：

309

−

315

，

7

）

Spiegel

　

J．

　

Tintera

_∫

，

　et　al

．

：

Functional

　

MRI

　Qf　

human

　 primary　somatGsensQry 　and　motQr 　cortex 　

during

　median

　 nerve 　stimu ！ation

，

　

Clin

　Neurophysiol

，

1999

；

llO

；

47

−

52

．

8

）

Kampe

　

K

，

　

Jones

　

R

，

　et　_al

．

_：

Frequency

　

dependence

　of　

the

　

functional

　

MRI

　response 　after　electrical 　median 　nerve

　 stimulation

．

　

Hum

　

Brain

　

Mapp

．

2000

；

9

：

le6

−

114

，

9

）

Kimberley

　TJ

，

　Lewis　

SM

，

　et　ai

．

：Electrical　stimulation

　

driving

　functional　improvements 　and 　cortical 　changes 　in

　 subjects 　with 　stroke

．

　

Exp

　

Brain

　

Res

．

2004

；

154

_（

4

_）：

450

−

460

．

10

）

Niederhauser

　

BD

，

　

Rosenbaum

　

BP

，

　et　al

．

：Afunctional

　 near

−

infrared

　spectroscopy 　study 　to　

detect

　activation 　Qf

　 somatosensory 　cortex 　

by

　peripheral　nerve 　stimulation

．

　 Neurocrit　

Care

．

2008

_；

9

（1｝：

31

−

36

．

11）Francis 　

S

，

　Lin　X

，

　et　al

．

：

fMRI

　analysis 　of　active

，

　

passive　and 　electrically 　stimulated 　ankle 　

dorsiflexion

．

　 Neuroimage

．

2009；44  ：469

−

479

，

12

）

Khaslavskaia

　

S，

　

Sinkjaer

　

T

：

MotQr

　cortex 　excitability

　 f（〕110wing　repetitive 　electrical 　stimulation 　of 　the　common

　 peroneal　nerve 　

depends

　on　

the

　voluntary 　

drive

．

　

Exp

　

Brain

　

Res

．

2005

；

162

  ：

497

−

502

．

13

）

Lagerquist

　

O

，

　

Mang

　

CS

，

　et α

1

．

：

Changes

　

in

　spinal　

but

　 not　certical 　excitabllity 　

foUowing

　cembined 　electrical

　 stimulation 　of　the　tibial　nerve 　and 　voluntary 　plantar

−

　

flexion

．

　Exp　Brain　

Res

．

2012

_；

222

（

1

−

2

）：

41

−

53

．

14

）

Miyai

　

L

　

Tanabe

　

CH

，

　et α

1

．

l　

CorticaL

　mapping 　of　gait　

in

　 human ：anear

−

infrared　spectroscopic 　tQpQgraphy 　study

，

　

Neuroimage

．

2001

；

14

：

ll86

−

1192

、

15

）

横 井 浩 史

，

山 村

　

修

，

他：歩 行 運 動 補 助のため の反 射

　

系の電気 刺激 装 置 開 発

．

BRAIN

　and　

NERVE

．

2010

_；

62

：

　 　

1227

−

1238

．

16

）

Kuboyama

　

N

，

　

Nabetani

　

T

，

　et　al

．

：

The

　

Effect

　of　

Maximat

　

Finger

　

Tapping

　Qn　

Cerebra

且

Activation

．

∫

Physio

且

　

Anthropol

　

Appl

　

Human

　

Sci

．

2004

；

23

：

105

−

llO

．

17

）

Hoshi

　

Y

．

　

Kobayashi

　

N

，

　et 　al

．

：

Interpretation

　of　near

−

　

infrared

　spectroscopy 　signals ：astudy 　with 　a　newly

　

developed

　perfused　rat　

brain

　model

．

　

J

　

Appl

　

Physiol

．

2001

：

　

90

；

1657

−

1662

，

18

）

Strangman

　

G

．

　

CuLver

　

JP，

　et　al

．

：

Aquantitative

　comparison

　 of　simultaneous 　

BOLD

　

fMRI

　and　

NIRS

　recordings 　

during

　

functionat

　

brain

　activation

．

　

Neurolmage

．

2002

_；

17

：

719

−

731

．

19

）

Miyai

　

I

．

　

Yagura

　

H

，

　et　al

．

：

Premotor

　 cortex 　

is

　

involved

　

in

　 restoration 　of　gait　in　stroke

．

　Ann 　NeuroL　2002_；52：188

−

　 　

194

．

20

）

Neptune 　RR

，

　Kautz 　SA

，

　et α1

．

：Contributions 　of　the

　

individuat

　ankle 　ptantar　

flexors

　to　support

，

　

forward

　 progression 　and 　swing 　

initiation

　

during

　walking

．

　

J

　

Biomech

、

2001

；

34

（

11

）：

1387

−

1398

．

21＞Bensoussan 　

L

，

　

Mesure

　

S

，

　etα

1

．

：

Kinematic

　and　

kinetic

　 asymmetries 　

in

　

hemiplegic

　patients

’

gait　

initiation

　 patterns

．

　

J

　

Rehabil

　

Med

．

2006

_；

38

  ：

287

−

294

，

22

）

Wotf

　

M

，

　

Welf

　

U

，

　et　al

．

：Different　time　evolution 　of

　

oxyhemoglobin 　and 　

deQxyhemoglobin

　concentratien

　 changes 　

in

　the　visual 　and 　rnotor 　cortices 　during

　

functional

　stimulation ：a　near

−

infrared

　spcctroscopy 　study

，

2e

-\tuift\

23) Suzuki M, Miyai

L

etal./Prefrontaland premotor cortices

are

involved

in

adapting warking and running speed on

the treadmill/ an optical

imaging

study.

Neurolmage.

2004;

23:

1020-1026,

24)

AenMeeglL.

zaEsung,

tw

:

ptfiLto)mevliab{EpatsutV:U[2

-l-rerv-[ptSSwaS))tza

(NIRS)

eMVlihitE-t-.

pmV.

k\iXAV?i

tf

V

t-V

ily=

･

pt

_t･

_rf

ab

JV\fit.kkli'･S.

2010;

31[

38-41.

25) Miyai

_I,

_Yagura

H,etal:

Longitudinal

optical imaging

study

for

locomotor

recovcry after strokc.

Stroke.

2e03;

34(12):

2866-287e.

26)

Takeda

K,

Gomi

Y,

et al.:

Shift

of moter activation

areas

during

recovery

from

hemiparesis

after cerebrat

infarction:

a

longitudinal

study with near-infrared

spectroscopy.

Neurosci

Res,

2007;

59(2):

136-144,

ce41tsor1e

27)

jasdzewski

G,

Strangman

G,

et al;

Difierences

in

the

hemodynamic

response toevent-related motor and visual

paradigms as measured

by

near-infrared spectroscopy.

Neuroimaga.

2003;

20(1):

479-488.

28)

KotLink

AL

Oostenderp

LJ,

etal./The orthotic effect of

functional electrical stimulation on the

improvement

of walking

in

stroke patients with a

dropped

foot:

a

systematic review. Artif

Organs.

2004:28(6)/577-586,

29) Pereira

_S,

Mehta S,et al: Functionat etectricat stimulation

for

improving

gait

in

persons wlth chronic stroke. Top

Stroke

RehabiL

2012:19(6):491'498.

30)

Rushton

DN/

Func!ional

electricat stimutation and

rehabititation

-an

hypothesis.

Med

Eng Phys. 2003:25(1)/

75-78,

<Abstract>

Imrnediate

Effects

of

Functional

Electrieal

Stimulation

on

Kinematic

and

Kinetic

Vairial)les

and

Oxygenation

in

Medial

Sensorimotor

Cortices

during

Gait

in

Patients

with

Acute

Cerebral

Infarction

Masafumi

KUBOTA,

PT,

PhD,

Chiaki

IGARASHL

PT,

Hideaki

MATSUO.

PT,

Hiroaki

NARUSE,

PT,

Seiichiro

SHIMADA,

PT

Division

ofPhysical

Thercrpy

and

Rehabilitation

Medieine,

U}ziversity

ofFuhui

Hospital

Osamu

YAMAMURA,

MD,

PhD,

Tornoko

KAMISAWA,

MD

Second

Dqpartment

oflntemal

Mledicine,

17hreulty

ofMedical

Sciences,

Uhiversity

ofFuleui

Ryu

KATO,

PhD,

Hiroshi

YOKOI,

PhD

Department

_ofMechanical

Eugineering

and

intelligent

S}rstem,

The

Uhiversity

ofElectro-(lommunications

Kenzo

UCHIDA,

MD,

PhD,

Hisatoshi

BABA,

MD,

PhD

Department

ofOrthop[vadics and

Rehabilitation

Mbdicine,

J7ttculty

ofMedical

Sciences,

Uitiversity

ofFukui

Purpose:

The

aim of this study was to

determine

the

immediate

effects of

functional

electrical

stimulation

(FES)

on

kinematic

and

kinetic

gait

variables and oxygenation

in

medial sensorimotor

cortices

(mSMC).

Methods:

We

_performed

_gait

analysis using

Vicon

motion capture system and

brain

oxygenation

in

mSMC using near-infrared spectroscopy

(NIRS)

in

eight subjects with acute cerebral

infarction.

FES

was

_performed

during

walking on the tibialisanterior muscles and gastrocnemius ef

the

_paretic

limb

during

the swing and terminal stance

_phases,

respectively.

Resultsi

Gait

velocity,

paretic

hip

flexion,

knee

extension, and ankle plantar

flexion

moments

in

the stance

_phase

significantly

increased

when

FES

was performed

during

waLking compared with

these

with walking

before

FES.

Moreover,

these

improvements

of

_gait

_quality

were carried over after performing

FES.

Oxygenated

hemoglobin

Ievels

in

unaffected mSMC were significantly

lower

during

walking with

FES

than

that

during

walking without

FES.

Conclusion:

FES

can

improve

weight shifting to the paretic

limb

during

the

stance

phase

and

improve

propulsion

as a roll-off

function

in

the

late

stance.

Furthermore,

FES

may

inhibit

cortical excitability

in

unaffected mSMC.