【2024年版】脳卒中患者の下肢筋の同時収縮のメカニズムと歩行への影響、評価〜アプローチ方法まで

脳卒中患者の下肢筋の同時収縮について

新人療法士の丸山さんは、最近脳卒中患者のリハビリを担当するようになったが、起立動作や歩行がうまく進まないケースに頭を抱えていた。特に「下肢が硬直していて柔軟に動かない」「起立時に踏ん張りすぎてしまう」という問題に直面している。

そんな丸山さんを見たリハビリテーション医師の金子先生は、「脳卒中患者に見られる下肢筋の同時収縮が原因かもしれないね」と声をかけ、丸山さんに脳神経学・バイオメカニクス的視点から詳しく解説することになった。

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第1章：下肢筋同時収縮とは？脳卒中後の特徴

金子先生：「まず、下肢筋の『同時収縮（コ・コンストラクション）』とは、拮抗する筋（例：大腿四頭筋とハムストリング）が同時に収縮してしまう現象のことだよ。本来なら、片方の筋が収縮している間、拮抗筋は抑制されるんだけど、脳卒中後はそのバランスが崩れてしまうんだ。」

丸山：「なるほど…相反抑制がうまく働かないんですね。」

金子先生：「その通り。脳卒中患者の場合、皮質脊髄路の損傷によって神経制御が乱れ、筋肉の過剰な活動が起きやすい。これが異常な筋同時収縮につながり、柔軟な動作が難しくなるんだ。」

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第2章：バイオメカニクス的視点からの下肢筋同時収縮の影響

金子先生：「筋同時収縮が起立動作や歩行にどのような影響を及ぼすか、バイオメカニクス的に見ていこう。」

1. 起立動作の阻害

   • 健常者では、起立時に重心が前方へ移動し、下肢筋（特に前脛骨筋・腓腹筋・大腿四頭筋）が協調して働く。
   • 脳卒中患者では、過剰な同時収縮が起こり、重心移動が不十分になる。結果として、
     • 足関節が硬直し、前脛骨筋と腓腹筋が同時に収縮→体重が前方へ移動しない
     • 大腿四頭筋とハムストリングが拮抗し、下肢が硬直する

2. 歩行動作の非効率化

   • 歩行時も同様に、足関節や膝関節での筋活動のタイミングが乱れ、
     • 足首が硬直→足関節の可動域低下
     • エネルギー効率が悪くなり、歩行速度や持久力が低下する

丸山：「つまり、同時収縮が筋の動きを阻害して、柔軟な起立や歩行が難しくなるんですね。」

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第3章：筋同時収縮が起こるメカニズム（神経生理学的視点）

金子先生：「では、どうして筋同時収縮が起こるのか、神経学的に説明しよう。」

1. 相反抑制の破綻

   • 健常者では、収縮する筋の反対側（拮抗筋）は抑制される「相反抑制」が働く。
   • 脳卒中患者では、錐体路障害によってこの抑制が機能せず、両筋が同時に活動してしまう。

2. 筋紡錘・ゴルジ腱器官の異常反射

   • 筋紡錘が過敏になり、過剰な筋収縮が反射的に生じる。

3. 運動野・基底核の影響

   • 大脳皮質の運動野や基底核の障害により、運動パターンが固定化し、協調運動が困難になる。

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第4章：臨床アプローチ方法

金子先生：「次に、実際のリハビリ介入について話そう。ポイントは、筋同時収縮を減少させ、選択的な筋活動を促すことだ。」

1. 筋活動の評価

   • 表面筋電図（sEMG）で筋活動を可視化する。
   • 歩行や起立動作の動作分析で問題の動作パターンを把握する。

2. 電気刺激療法（FES）

   • 拮抗筋に対して電気刺激を行い、選択的筋活動を促進する。

3. バイオフィードバック

   • 視覚的・聴覚的フィードバックを活用し、筋活動をコントロールする訓練。

4. 課題指向型訓練

   • 起立動作や歩行を反復し、機能的な動作パターンを再学習させる。

5. 柔軟性向上

   • 足関節や膝関節の可動域訓練、ストレッチを行い、筋活動のバランスを整える。

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第5章：症例紹介

金子先生は、具体的な症例を紹介し、丸山さんに理解を深めてもらう。

• 症例：50代男性 脳卒中後の下肢筋同時収縮の改善
  • 初期状態：起立時に大腿四頭筋とハムストリングが同時に収縮し、硬直。
  • アプローチ：FES＋バイオフィードバック＋タスク指向型訓練を実施。
  • 結果：下肢筋の協調性が向上し、起立動作が改善。

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終章：講義のまとめ

金子先生：「脳卒中患者の下肢筋同時収縮は神経学的な問題が原因だが、適切な評価と訓練で改善できる。選択的筋活動を引き出し、効率的な動作を再学習させることが重要だ。」

丸山：「先生、今日学んだことを次の臨床で実践してみます！」

論文内容

カテゴリー

神経系、歩行

タイトル

●脳卒中片麻痺患者の立脚期における膝の安定性と同時収縮の関係性

●原著はCo-Contraction of Lower Limb Muscles Contributes to Knee Stability During Stance Phase in Hemiplegic Stroke Patientsこちら

なぜこの論文を読もうと思ったのか？

●臨床において股関節戦略を膝の屈伸で代償していたり、下肢を安定させるために様々な戦略を取る方を見受ける。片麻痺患者の下肢の安定について思考をまとめたいと思い、学習の一助として本論文に至る。

内　容

背景

●脳卒中片麻痺患者の歩行に膝の安定は重要な役割を果たします。ただし、膝の安定性に影響を与える要因は、歩行に関して評価されていません。

●研究目的は、下肢筋の同時収縮が脳卒中片麻痺患者の歩行の立脚期における膝の安定性に貢献するかどうかを調査することでした。

方法

●36〜79歳の合計30人の脳卒中片麻痺患者が参加し、自然な速度で歩くように指示されました。表面筋電図のRMSを使用して、大腿二頭筋と大腿直筋の活動を測定し、同時収縮率はRMSに基づいて計算しました。

●膝伸展のピーク角度は、3次元運動学的分析によって立脚期にデータが取得されました。

●下肢の運動評価のためにFugl-Meyerスケールを使用して下肢機能を評価しました。

結果

●過剰な大腿直筋の同時収縮は、立脚期に生じました。同時収縮率 はheel strike～mid stanceの膝伸展のピーク間に、患者の非麻痺側と比較し、麻痺側下肢の筋で増加しました。観察された差は統計的に有意であり、大腿直筋と麻痺側他下肢筋との過度の同時収縮があることを示唆しました。

●股関節伸展のピーク角度または足関節底屈筋活動について、麻痺側と非麻痺側間に有意差は観察されませんでした。

図参照：Co-Contraction of Lower Limb Muscles Contributes to Knee Stability During Stance Phase in Hemiplegic Stroke Patients

●筋の同時収縮率は、歩行の立脚期における膝伸展のピーク角度、FMA-LEおよびModified Ashworth Scaleと有意に相関していました。

●我々の結果は、大腿直筋の同時収縮が脳卒中片麻痺患者の膝と下肢機能の安定性に関与することを示し、脳卒中片麻痺患者の歩行中の膝の安定性のリハビリテーションにおいて同時収縮を考慮すべきであることを示唆しています。

論文を読んでの感想

●大腿直筋は股関節の屈筋、膝の伸展筋として働くが、臨床ではその機能を分離できずにいわゆるstiff knee gaitとなってしまう方も多い。他部位のweaknessが連合反応を強めている場合も多く、当該筋への介入だけでなく根本的原因にも臨床推論の下で介入していきたい。

併せて読みたい【脳卒中・協調性・同時収縮】関連論文

●Vol.449.脳卒中患者は両脚共に遊脚相の膝屈曲角度が減少している！？脳卒中患者における下肢筋活動と遊脚相の膝屈曲角度の関連性

●Vol.438. Fast FESは歩行時の足関節周囲筋の協調的な活動を改善させる！？ヒラメ筋or前脛骨筋にFESを用いた高速トレッドミル練習の効果

●vol.328：立ち上がり時の筋活動　　脳卒中/脳梗塞のリハビリ論文サマリー

明日への臨床アイデア

1. 筋活動の評価と分析手順

1. 表面筋電図（sEMG）の活用

   • 患者の下肢筋（大腿四頭筋、ハムストリングス、前脛骨筋、腓腹筋）の筋活動を記録し、過剰な同時収縮の有無を確認する。
   • 評価場面：起立動作、歩行中の立脚・遊脚期。

2. 動作分析の実施

   • 動画撮影で起立・歩行の動作を記録し、重心移動や関節可動域の制限を観察する。
   • 筋同時収縮がどのタイミングで発生しているかを確認する。

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2. 電気刺激療法（FES：機能的電気刺激）の適用

1. 対象筋の選定

   • 同時収縮を減少させるため、主動筋（例：前脛骨筋）に電気刺激を与え、拮抗筋（例：腓腹筋）の活動を抑制する。

2. 実施手順

   • 電極貼付部位：筋腹（例：前脛骨筋の筋腹）
   • 周波数：30～50Hz程度（筋収縮を促す設定）
   • 時間：10～15分間、起立や歩行練習と組み合わせて実施。

3. 応用場面

   • FESを適用しながら、タスク指向型訓練（例：床からの起立動作）を実施し、正しい筋活動パターンを学習させる。

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3. バイオフィードバックを用いた筋活動コントロール

1. 準備

   • 表面筋電図（sEMG）や視覚フィードバック機器を用意する。

2. 実施手順

   • ターゲット筋：主動筋と拮抗筋（例：大腿四頭筋とハムストリングス）
   • 患者への指示：筋電図の数値やグラフを視覚化し、主動筋の活動を強め、拮抗筋の活動を抑制するよう指導する。
   • 反復練習：
     1. 「画面の数値が目標に達するように力を入れてみてください。」
     2. 動作（例：起立時の膝伸展）を反復しながら、視覚フィードバックを活用する。
   • 練習時間：1回20分程度、週3～5回。

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4. 課題指向型訓練による運動パターン再学習

1. 起立動作練習

   • 手順：
     1. 足底全体が接地することを確認し、椅子からの起立動作を指導する。
     2. 重心移動：頭部を前方に傾け、重心を前方へ移動させる。
     3. 「膝を伸ばすイメージで立ち上がりましょう」と声掛け。
   • 補助：必要に応じて体幹サポートやセラピストの補助を行う。

2. 歩行動作練習

   • 手順：
     1. 立脚期：踵接地を強調し、前脛骨筋の活動を促す。
     2. 遊脚期：腓腹筋の過剰活動を抑え、膝関節と足関節の協調的な動きを練習する。
   • 道具の活用：
     • 平行棒や歩行器を用い、安全な環境下で反復練習を行う。
     • メトロノームを使って歩行リズムを整える。

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5. 柔軟性向上のためのストレッチ

1. 足関節の可動域訓練

   • 手順：
     1. 患者を仰臥位にし、セラピストが足関節の背屈と底屈をゆっくりと反復する。
     2. ストレッチ時間：1回30秒を3セット程度実施。

2. 膝関節のストレッチ

   • 手順：
     1. 大腿四頭筋の過緊張を抑えるため、膝屈曲位でハムストリングをストレッチする。
     2. ストレッチ中、患者にリラックスするよう声掛けを行う。

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6. 課題指向型反復練習（エクササイズの提案）

• エクササイズ例：
  1. スクワット動作（軽負荷）：正しい筋活動パターンでの膝伸展を促す。
  2. 重心移動練習：立位で左右・前後への重心移動を行う。
  3. 踵上げ・足指上げ練習：下肢筋群の選択的活動を高める。

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7. ホームエクササイズ指導

• 患者自身が日常生活で取り組めるエクササイズを指導し、継続的な練習を促す。
  • 例：座位での足関節背屈訓練、椅子からの起立動作練習など。

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まとめ

上記の具体的手順に沿って評価・アプローチを実施することで、脳卒中患者の下肢筋同時収縮を軽減し、起立や歩行動作の改善が期待できます。各手法を患者の状態に合わせて組み合わせ、継続的にトレーニングすることが重要です。

新人療法士が脳卒中患者の同時収縮に対してリハビリを行う際のポイント

新人療法士が脳卒中患者の下肢筋の同時収縮に対して介入する際の注意点やポイントを、実践の中で意識すべき視点として以下に示します。

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1. 筋緊張評価を丁寧に行う

• 同時収縮が痙縮によるものか、運動学習の誤りによる代償かを正確に評価する。
• Modified Ashworth Scale (MAS) などを活用して筋緊張を把握する。

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2. 患者の不安や恐怖心を軽減する

• 同時収縮は不安や転倒恐怖心から生じることがある。
• 安心できる環境（例：平行棒内での練習、セラピストの物理的サポート）を提供し、リラックスした状態で介入を進める。

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3. 過剰な力み（努力性）を避ける指導を行う

• 力を入れすぎることで主動筋と拮抗筋の同時収縮が生じやすい。
• 「力を半分抜いて」「呼吸を整えながら」といった声掛けを行い、筋の過剰な活動を抑える。

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4. 動作の反復はゆっくり丁寧に

• 同時収縮の軽減には正しい動作パターンの学習が重要。
• スピードを上げると代償動作が増えるため、ゆっくりとした動作からスタートし、反復練習を重ねる。

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5. 運動学習には適切なフィードバックを活用

• 視覚的フィードバック（例：鏡や動画）や体性感覚フィードバック（例：セラピストの手の誘導）を併用する。
• 「今の膝の動きは良いですね」と具体的なフィードバックを行い、学習を促進する。

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6. 体幹の安定性を事前に確認する

• 体幹の不安定性が下肢筋の同時収縮を引き起こす場合がある。
• 体幹筋のエクササイズや骨盤帯の安定化訓練を先行して行うことで、下肢の筋活動を適切に誘導しやすくなる。

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7. 立位バランス訓練で支持基底面（BOS）を調整する

• 支持基底面が広いほど安定し、筋活動が過剰になりにくい。
• 最初は広めのBOS（例：足を肩幅以上に開く）で練習し、徐々に狭めて筋活動の適正化を図る。

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8. 不適切な動作パターンの「再学習」を意識する

• 同時収縮は動作学習の誤りから発生することもある。
• 課題指向型訓練を通じて「起立時の正しい筋活動パターン」や「歩行時の動き」を繰り返し指導する。

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9. 筋疲労に注意し、休息を適切に挟む

• 筋同時収縮のある患者では、筋疲労が早く生じることが多い。
• 疲労すると過剰収縮が強まるため、短時間の練習→休息→再練習のサイクルを徹底する。

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10. 多職種連携を意識する

• 同時収縮の改善には、装具の処方（装具士）や薬物療法（医師）との連携が必要な場合がある。
• 疑わしい場合は、他職種と連携し包括的なアプローチを検討する。

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まとめ

新人療法士が脳卒中患者の下肢筋同時収縮に介入する際は、細かな評価と段階的なアプローチ、適切なフィードバックが重要です。患者の不安を取り除きながら、正しい動作学習を根気強くサポートすることを意識しましょう

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