脳卒中リハビリに重要な運動麻痺回復のステージ理論とは?リハビリ場面で知ってほしい運動麻痺回復の脳内メカニズムを徹底解説!

こんにちはリハビリアイデア(@rehaidea)です。

皆様は脳卒中リハビリにおいて運動麻痺を呈する症例をみた際にどういったことを考えながら治療をしていますか?

運動麻痺だから、「随意運動に対して」や「連合反応を抑制させること」だったり、「分離運動の促通」などなど。

運動麻痺と聞いても、実はその症状は様々で、脳卒中の発症部位や、脳の損傷の程度回復段階での時期によっても、問題点や治療対象は実に様々です。

では、脳卒中患者さんにおける運動麻痺を臨床場面でみた際に、我々セラピストは運動麻痺だからこの治療といったように、同じ治療を繰り返していけば良いのだろうか?

サトシ

確かに毎日の治療がルーチン化してきているような・・・(困)。

臨床場面では運動麻痺という症状のどういった現象に問題点を絞り、何を治療ターゲットに置くのかは、正直これといった決まった型はないと思います。

ただ、運動麻痺という病態そのものをみた時には、ある程度何に対して治療するかは明確にしておく必要があると思っています。

じゃないと、運動麻痺の問題に対して、ただマッサージやROMexをするだけのセラピストになってしまう危険性も十分にあるからです。

現に私も、新人時代は何をして良いかわからず、まずはリハビリ室に来たらベッドに寝て、マッサージやROMをひたすら世間話をしながらしていたな~。昔に戻れるなら自分にげんこつで喝を入れたいぐらいです(反省)。

リハアイデア

今回は運動麻痺という問題点に対して、どういった視点からアプローチや問題点の把握をしていくべきかを、脳の回復段階における時期という視点から考えていきたいと思います。

その中で見えてくる患者さんの脳の状態なんかも知っておくことで、治療のバリエーションを是非増やしてみてください。

リハアイデア

それでは、スタート!!

運動麻痺とは

まずは運動麻痺とはそもそもどういった病態・症状なのかをみていきたいと思います。

そもそも運動麻痺とは、

中枢神経系や末梢神経の障害によって主に四肢などの運動機能が喪失している状態を指す。

運動機能は、随意運動・不随意運動・協調運動などがあるが、一般的な運動麻痺は随意運動の障害を表す。

中枢神経障害による運動麻痺の発生メカニズムについて知るためには、随意運動の下行経路の理解が必須となる1)

(神経理学療法学:運動麻痺の章より引用)

とされています。

つまり、ここでいう脳卒中における運動麻痺の問題は、中枢神経系である、大脳皮質(一次運動野)やそこからの下行路である皮質脊髄路の障害によって引き起こされた随意運動の障害だということがわかります。

運動麻痺に関する基本的な知識はこちらに詳しく載せていますのでご覧ください。

運動麻痺の種類や評価は?運動麻痺のメカニズムから紐解くリハビリの工夫

そして、この運動麻痺の問題は障害部位やその程度脳の回復段階によっても、大きく影響することが近年報告されています。

今回は、その中でも脳の回復段階に対して焦点をあて、Swayneら2)が提唱する運動麻痺の回復ステージ理論に関してまとめていきたいと思います。

運動麻痺に関する脳の回復とは?

臨床に出て感じるのは、この運動麻痺はどこまで回復するのかという予後予測の視点です。

そして、それはどういった経過をたどるのか、そのためには何を考えるべきかは臨床でも非常に悩む部分だと思います。

よく運動麻痺の評価であるブルンストロームステージなんかも、運動麻痺の程度を知る上での参考になりますが、中々その知識を臨床応用するのには難しい部分があると思います。

ブルンストロームステージを臨床応用するにはこちらをご参考に!

ブルンストローム・ステージの評価方法や意義とは?臨床的視点から捉えた運動麻痺の正しい評価の仕方!!

そして、これは私自身学生からの疑問ではあったのですが、運動麻痺はどこまで回復するのかという部分です。

いわゆる運動麻痺の予後予測ですよね。

これって本当に難しい疑問だし、臨床を続けてきてもこれっていう明確な予後予測ってできないんじゃないかなって思います。

私も臨床現場では、患者様自身がもつ可能性ポテンシャルにいつも驚かされます。

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よく昔は脳が一度損傷を受けると、元には戻らないというのうが一般的とされていました。

しかし、現在はNudoら3)の報告などの中で、脳自体には可塑性があり、身体機能もそれに応じて変化することができるということが報告されています。

参考 Use-Dependent Alterations of Movement Representations in Primary Motor Cortex of Adult Squirrel Monkeys

ここでは、虚血後の脳梗塞モデルのサルに対して、エサを指でつかむという課題を実施しています。

もちろん、サルでもヒト同様に、脳の梗塞により運動麻痺が生じている状態です。

その梗塞モデルのサルに対して巧緻動作トレーニングを実施することによって、運動パフォーマンスの向上(指の屈曲運動の減少と、エサをつかむ回数の増加)と、脳の一次運動野の指のマッピングが拡大したことを報告しています。

つまり、簡単にまとめると・・・

トレーニングによる脳の可塑性
  • トレーニングをすることで損傷を受けた脳の可塑性がみられた
  • トレーニングにより身体機能が改善した

ということになります。

また、動物実験での虚血モデルではありますが、虚血脳梗塞発症時に特別なリハビリテーションの介入がない場合は、手指の運動野の支配領域は50%以上減少したとされ、リハビリテーションの介入時期が早ければ早いほど、その効果が高いことが報告されています4)

ここで大事なことはトレーニング(リハビリテーション)の介入時期が遅くなればなるほど、先程みられたような脳の可塑性(運動野のマッピング拡大)を阻害するということです。

サトシ

だから、今は早期離床や早期からの訓練がより推奨されるようになってきているんですね。

このように、適切な時期での運動トレーニングによって、脳自体の可塑性を促すこととなり、結果運動能力の向上につながることが動物実験からでも報告されるようになってきたのです。

つまり、これはヒトにおける脳卒中に対しても同様で、適切な時期からの運動トレーニングが、運動麻痺の改善につながるということを示唆しています。

では、ヒトでも同じように発症早期から運動トレーニングを積極的にどんどん実施していくべきかといわれると、そこには少し注意が必要になってきます。

サトシ

えっ、トレーニングは良くないってことですか?
トレーニングそのものは悪くはないんだけど、実はこの時の脳の状態を十分に理解しておく必要があるということなんだよ!

リハアイデア

これはひとつの例になりますが、Dromerick AWら5)の報告では、早期からの介入に関しては運動機能回復には関与しているが、その中でも高頻度のCI therapy群では、低頻度のCI therapyや通常リハ群に比べ、運動機能の改善率(ここでは運動機能の回復をARATやFIM、Stroke Impact Scaleでみているのですが)が低下していたと報告されています。

詳しくはこちらをご覧ください!

参考 Very Early Constraint-Induced Movement during Stroke Rehabilitation (VECTORS)NCBI

つまり、ここから考えられることは、早期からの介入が悪いわけではなく、過度な運動負荷に対しては、もしかすると運動機能回復の阻害因子になりうる可能性があるということです。

恐らく、これは損傷した脳機能の状態や程度により結果が異なる場合が勿論ありますが、発症時期からの経過によっては脳の可塑性に対する過負荷となることも考慮する必要があるということを示唆してくれています。

サトシ

なるほど、つまり患者さんによっては発症時期によって、脳の状態が違うということを理解することが大事ってことですね。
おっ、良いところに気が付いたね。実は、脳卒中発症後の運動麻痺の要素にはこの脳の機能回復のメカニズムが異なることが、近年言われているんだよ。

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だからこそ脳画像をみれること、脳の状態を把握した介入が必要になってくるんだよ。

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脳画像に関して、詳しく勉強したい方はこちらをどうぞ!

脳画像におけるCT・MRIの見方!!みるべきポイントさえ押さえれば、脳画像は簡単に見れる!! 脳画像の第一歩はCT画像から!!CTの見方から脳出血と脳梗塞の違いまで徹底網羅!

脳卒中発症後にみられる脳の機能回復メカニズムの一つに、経時的に変化する運動麻痺の回復の段階があるということになります。

運動麻痺の回復ってブルンストロームステージでもあるように、綺麗な直線を描いて回復していくわけではありません。

それは、末梢神経と中枢神経における全く違う要素になるので、是非頭においておいてください。

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なので、この運動麻痺の回復過程に関しても、それを司る脳の回復においても時期による程度違いがあり、そういったことを治療の中では十分考慮する必要があるということになってくるのです。

つまり、どういうことかというと・・・

運動麻痺の回復には脳の状態に応じた介入が必要!

ということになります。

そして、その違いに関してSwayneら2)中枢神経再組織化におけるステージ理論を唱えたのです。

それでは、具体的にどういった時期の違いによる脳の神経再組織化に違いがあるのかをみていきましょう!!

運動麻痺回復におけるステージ理論とは?

Swayneら2)が報告している中枢神経再組織化におけるステージ理論とは、脳卒中発症から6カ月間、経頭蓋磁気刺激TMSにて皮質脊髄路の興奮性の指標として、運動誘発電位MEPを測定することで運動麻痺の回復メカニズムを検証した理論になります。

合わせて、上肢機能や10m歩行、Barthel Indexなどの運動パフォーマンスも評価することで、皮質脊髄路の興奮性と運動機能の関係性を調べたものになります。

結果的には、脳卒中発症初期では、運動パフォーマンスは皮質脊髄出力の損傷によって制限されるとされています。

そして、3カ月後のパフォーマンスの改善は、残存した皮質脊髄路を最大限効率化し、いかに皮質間のネットワークの再編成に依存するかが回復の可能性に関与するとしています。

そして、この皮質内の脱抑制は、これらのネットワークへのアクセスを促進することによって回復を助けると報告しています。

詳しくはこちらをご覧ください!

参考 Stages of Motor Output Reorganization after Hemispheric Stroke Suggested by Longitudinal Studies of Cortical Physiology運動麻痺の回復ステージ理論

ただ、ここまでの話では中々イメージしにくい部分があると思います。

サトシ

確かに、皮質脊髄路の最大限の効率化や皮質間ネットワークの再編成とか、言葉が難しくてよく理解できていません。

なので、この運動麻痺の回復ステージを知る上では、原寛美先生6)がまとめられた図が非常にみやすいので、ここではそちらを用いて各ステージの特徴を述べていきたいと思います。

1st stage recovery(発症~3カ月)

この時期はちょうど脳卒中発症における急性期の時期に当たります。

この頃の脳の活動の特徴としては、残存している(損傷を免れた)皮質脊髄路の程度に依拠しており、その残存している皮質脊髄路の興奮性をより高め、運動麻痺の回復を促す時期とされています。

つまり脳卒中発症初期の運動麻痺に対して(より重度になればなるほど)、残存した皮質脊髄路の興奮性を高め(corticospinal excitability )、いかに早期から随意性を引き出していくかが非常に重要になってきます。

サトシ

でも残存している皮質脊髄路って評価するのが難しいですよね?急性期の方って意識レベルも低下していれば、疲労感なども強く中々本来の運動パフォーマンスが出せない方が多くて、いつも苦労しています。
確かに、麻痺側が動きそうと感じても、代償的に動かしたり、筋肉自体の反応が少ないケースなど色々だもんね。ただ僕はその時にすごく大事にしていることがあるんだよ!

リハアイデア

サトシ

えっ、それって何なんですか?気になります。

この時に大事になってくるのが、皮質脊髄路そのものがどの程度の神経線維として残存しているかを知ることになります。

そして、もう一つ臨床的に大事なのが、運動に関わる皮質脊髄路の代償的手段を知ることです(これは後の2nd stage recoveryにも大きく関わります)。

実はヒトの運動機能に関わる領域としては、大脳皮質の一次運動野(ブロードマンの4野)から下行する皮質脊髄路による神経線維連絡だけでなく、様々な部位(例えば高次運動野や赤核など)からの投射によっても、運動機能の改善に寄与することも報告されています。

この辺に関してはまた違うところでお伝えしますね!

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皮質脊髄路に関していえば、近年様々研究の中で、テンソル画像を用いた中で、皮質脊髄路を抽出してその障害程度を把握するようなことが報告されていますが、実際の臨床ではテンソル画像をみれる施設は少なく、脳画像からそこを推測するのが大半だと思います。

そのため、まずは脳画像を通して皮質脊髄路の連続性がどの程度保たれているかは、しっかり把握しておく必要があります。

そのために脳画像の知識はやはり必須になってきます。

リハアイデア

皮質脊髄路の経路に関して学びたい方はこちらをご覧ください!

皮質脊髄路を脳画像から簡単に見つける方法!運動麻痺を理解する5つの見るべきポイントとは?

そして、注意すべきことはこの皮質脊髄路の興奮性に関しては、急性期から急速に減衰して、概ね3カ月程度で消失するとされています。

つまり、急性期の段階においては、運動麻痺回復のための非常に重要な期間ということが理解でき、この時期に不動などによる関節拘縮を作らず、適切な運動刺激を入れ続けることが、筋の廃用予防にもつながり、今後のリハビリテーションを進めるために非常に重要だということがわかります。

1st stage recoveryのまとめ!
  1. 残存している皮質脊髄路を刺激しその興奮性を高める(corticospinal excitability)
  2. 皮質脊髄路の興奮性は急性期から3カ月程度で減衰し消失する
  3. 皮質脊髄路の残存程度を把握する

2nd stage recovery(発症~6カ月)

次に起こってくるステージでの脳内機構としては、皮質脊髄路の興奮性に依拠するのではなく、皮質間の新しいネットワークの興奮性が最も高まる(3ヶ月を目安に)時期になってきます。

そして、それだけじゃなく、この時期では皮質間の抑制が解除される(disinhibition)ことになるので、それに応じた運動麻痺の回復メカニズムを十分理解しておく必要があります。

つまりどういうことかというと、残存する皮質脊髄路の興奮性を高める1st  stage recoveryとは違った要素としての大脳皮質間での新しい神経ネットワークが構築(reorganization)され、それが結果的に皮質脊髄路の機能効率を最大限に引き出す中枢指令としての機能を果たすことになるのです。

サトシ

皮質脊髄路じゃない違った領域が重要になってくるんですね。

これに関しては運動野領域とは違った、高次運動野である運動前野や補足運動野における皮質間のネットワークが重要なカギを握ってきます。

運動前野に関する運動機能についてはこちら!

運動麻痺にも関わる運動前野の機能を徹底解説!運動前野を治療に活かすポイントとは?

またそれだけではなく、近年は感覚運動野としての機能の重要性も様々な報告がなされています。

そして、この時期で重要なのが、皮質間の抑制解除におけるメカニズムが6カ月までに消失することになります。

なので、この時期にしっかりとして皮質間のネットワークをつながないと、その後の再組織化(つまり新しい脳内経路を使った運動の再学習)がしにくくなるということになります。

そして、その中で最も重要になってくるのが、この時期に誤った形で脳内ネットワークが作られると、それが原因で引き起こされる現象がみられてくるといわれています。

サトシ

それってなんなんですか?
ずばり、それが良く皆さんが臨床でも目にする痙縮という症状になります。

リハアイデア

この2nd  stage recovery時期の最も注意すべきポイントは、脳卒中における運動麻痺で出現頻度が高い痙縮を引き起こしやすい時期にもなるので、皮質間ネットワークにおける誤った可塑性を学習してしまうことは避ける必要があるということです。

MEMO
痙縮とは、上位運動ニューロンの損傷によって、脊髄の反射回路の興奮性に対する促通と抑制の制御バランスが崩れた結果で、現象としては、安静状態において筋を徒手的(他動的)に伸張させたときに生じる抵抗が伸長速度に比例して増大する筋緊張亢進状態とされる。

なので、治療をする場面においても、どういった運動課題や刺激の入れ方によって誤った運動学習が起こるのか、またはそれが起こらないのかは、臨床場面での脳卒中患者さんの反応をしっかり評価し、それに見合った治療の選択が重要となってきます。

その中でも大事になってくるのが運動イメージを用いた運動のフィードバックの要素になります。

ここに患者さんとの間で運動のズレが生じると、そのズレを学習してしまうため、その後の運動機能の改善に大きく影響してきます。

サトシ

確かに、一度覚えたやり方って自分ではどうなっているかわからないし、癖みたいに中々簡単に治せるもんじゃないですもんね。
だからこそ、せセラピストが適切な運動方法の提示や誘導、必要ならばハンドリングなどで運動出力を十分コントロールしていく必要があるんだよね。

リハアイデア

そういった意味では発症から3~6カ月の時期って回復期にあたる部分だから、より密度の濃いリハビリテーションの実施が必要になってきますね。

リハアイデア

2nd stage recoveryのまとめ!
  1. 皮質間の新たなネットワークが構築(reorganization)され、その興奮性が3カ月をピークに最も高まる
  2. 皮質間の抑制が解除される(disinhibition)
  3. このメカニズムは6ヶ月までに消失する
  4. 運動の誤学習が痙縮を引き起こす可能性がある

3rd stage recovery(6カ月~)

最後のステージでは、6カ月以降も持続して徐々に脳内ネットワークが強化されていく時期で、シナプス伝達の効率化( training−induced synaptic strengthening)がされる時期と言われています。

ここでは、2nd stage recoveryで再構築された新しい脳内でのネットワークシステムにおいて、それをつなぎ合わせ、反応しやすくするためのシナプス伝達がより効率化され、そのことで運動出力のためのネットワークがより一層強化されて、そして確立されていく機序が脳内では起こるとされています。

つまり、今まで作ったものを反復して繰り返していくことで、より強固にしていく時期という考え方になります。

サトシ

だから運動には反復することが大事なんですね。
当たり前だけど、脳血管疾患の患者様においては特にそれが重要ということになりますね。

リハアイデア

よく脳血管疾患の方のリハビリは6カ月がプラトーなんと言葉を以前はよく耳にしましたが、脳内機序においては6カ月以降も変化することがここからもわかります。

だからこそ、今まで覚えてきたことを維持期の生活場面でしっかり反復して使っていくということが、すごく重要な部分になってくるんです。

リハアイデア

しかし、維持期などで実際の症例をみていくと、あまり麻痺側を生活場面では使わず、使いやすい非麻痺側を使用するケースが圧倒的に多いと思います。

そういった意味でも、2nd stageでしっかり学習された運動方法などを実生活に落とし込むために、セラピストが患者さんとともにどう生活の中での麻痺側使用頻度を引き出すかのマネジメント能力が重要になってきます。

その辺に関しては、rehaidea個人的にはCI療法におけるTransfer package(トランスファーパッケージ)による実生活での使用を促すことが非常に重要だと感じています。

トランスファーパッケージ
CI療法は,麻痺手に対する量的訓練, 課題指向型訓練,訓練によって得た機能回復を日常生活動作に転移(transfer)させるための方略(Transfer package)のコンセプトから構成されている7)

3rd stage recoveryのまとめ!
  1. 脳内ネットワークが強化され、シナプス伝達の効率化( training−induced synaptic strengthening)が起こる
  2. このメカニズムは6ヶ月以降も継続する
  3. 随意運動出力としての新しいネットワークの効率化に関わる

運動麻痺回復におけるステージ理論のまとめ

近年、運動麻痺に関する治療的介入方法などもEMGフィードバックやロボティック訓練、反復課題トレーニングや治療的電気刺激など、様々な方法を目にするようになりました。

エビデンスに基づく治療介入が、今後我々セラピストには求められ、以前からみられた徒手的アプローチから、こういった最先端の治療方法が今後はもっと普及し、セラピスト自身がそれを実践していく必要があるのではないだろうか。

その中で、運動麻痺を良くするにはこの方法というような、確立されたものがないのも事実だと思われます。

それは個々の症例によって脳の損傷を負った程度も違えば、障害部位も異なる、またそれぞれの生活背景の中、脳の構造や機能においても、どれといって同じものはないはずです。

だからこそ、運動麻痺自体を手足が動かないといった現象として捉えるのではなく、運動麻痺がなぜ起こっているのか、その時にみられる現象はどういったことが原因なのかというような運動麻痺そのものの理解が必要になります。

そして、その運動麻痺をどうやってアプローチしていこうかと考える思考過程において、運動麻痺の病態理解が必要不可欠になります。

その中でも、運動出力そのものが脳内でどのようなネットワークのもと作られどういった作用を示すのかを理解し、それが障害を負った場合(運動麻痺が起こった場合)は、脳自体がどのような経過を追っていくかは、十分理解し知っておく必要があります。

原ら6)は論文の中でも、

1st stageで良好な帰結を経ずして ,2nd stageさらに、3rd stageへと移行することはありえない。

したがって急性期からのリハビリテーションの開始と連続性、さらにstage理論を意識したリハビリテーションプログラムの施行とその成否が求められる。

と述べています。

そう考えると、運動麻痺において脳内で起こりうる時系列的変化構造的変化に対する知識の理解は非常に重要なり、それに合わせた治療介入が必要になってきます。

そういった意味でも、運動麻痺の回復ステージ理論を知っておきながら、運動麻痺の予後を考え、アプローチすることがとても大事なことだと思います。

最後にステージ理論における各ステージのポイントを載せておきますので、是非明日からの臨床にお役立て下さい!

運動麻痺ステージ理論のまとめ!
  1. 1st stage recovery:残存する皮質脊髄路の興奮性
  2. 2nd stage recovery:皮質間ネットワークの再構築
  3. 3rd stage recovery:シナプス伝達の効率化

引用・参考文献

1)奈良勲ほか: 標準理学療法学 神経理学療法学. 医学書院,東京, 2013

2)Swayne OB ,et al:Stages of Motor Output Reorganization after Hemispheric Stroke Suggested by Longitudinal Studies of Cortical Physiology:Cereb Cortex 18:1909–1922,2008

3)Nudo RJ,et al:Use-Dependent Alterations of Movement Representations in Primary Motor Cortex of Adult Squirrel Monkeys:The Journal of Neuroscience, January 15:785-807,1996

4)Nudo RJ,et al:Reorganization of movement representations in primary motor cortex following focal ischemic infarcts in adult squirrel monkeys.J Neurosci 75:2144-2149,1996

5)Dromerick AW,et al:Very Early Constraint-Induced Movement during Stroke Rehabilitation (VECTORS): A single-center RCT.Neurology 73:195-201.2009

6)原寛美:脳卒中運動麻痺回復可塑性理論とステージ理論に依拠したリハビリテーション.脳外誌 21(7): 516-526,2012

7)Morris D et al:Constraint-induced movement therapy:characterizing the intervention protocol. Eura Medicophys 42: 257-268, 2006

運動麻痺回復のステージ理論に関するおすすめ書籍はこちら!

脳を学ぶ上では絶対に一度読んでおいてほしい書籍。今回の参考にさせて頂いた原先生のステージ理論の説明や吉尾先生が書かれた脳画像に関する章など読み応え抜群の書籍になります。

脳機能の勉強は正直これ一冊で十分。
運動麻痺に関しても、メカニズムから評価方法まで網羅されていて大変読みやすい書籍!

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