立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第31号) 2022

［ 研究助成 (A) ］

中枢神経回路の疲労回復を促進する技術
Facilitation technique of central fatigue recovery
2211012

研究代表者

九州産業大学
健康・スポーツ科学センター

助 教

齋

藤輝を変調させておけば，中枢神経回路の疲労回復[研 究 の 目 的]が促進される可能性がある。
人間の身体運動の動力源である骨格筋は，筋本研究の目的は，経頭蓋直流刺激による中枢収縮を持続的に発揮すると疲労する。骨格筋の神経回路の変調が疲労回復に与える影響と，神疲労は，一時的に筋機能を低下させるだけでな経活動の回復が生じる具体的な神経回路まで明く，身体運動パフォーマンスや運動意欲にも悪らかにすることであった。経頭蓋直流刺激を用影響を及ぼす。そのため，骨格筋の疲労を軽減いて中枢神経回路の疲労回復を促進させる手法

する方法や回復を促す手法を確立する試みは，を提案することを本研究の最終目標とする。

健康・スポーツ科学にとって非常に重要である。
[研究の内容，成果]

骨格筋の疲労は，骨格筋の活動をコントロールする中枢神経回路の疲労が主要因である。実際，経頭蓋磁気刺激法によって中枢神経回路の1．内容

興奮レベルを長時間運動の前後で計測すると，1-1．対象者

長時間運動後において，中枢神経回路の興奮レ対象者は，右利きの健常な成人男性 10 名

ベルの一時的な低下が見られ，運動前の興奮レ(年齢 26.1±2.5 歳，身長 175.5±5.8 cm，体重ベルまで回復するには，数分〜数十分の時間を69.6±9.7 kg) で あ っ た。す べ て の 対 象 者 は，要する。しかしながら，中枢神経回路が疲労回実験の 1 日以上前に実験室を訪れ，随意最大筋復する神経機序に関しては，明らかになってい力および最大下での筋力発揮の練習を行った。

ない点が多い。そのため，中枢神経回路の疲労

1-2．実験デザイン回復の神経機序が明らかになれば，疲労回復を対象者の頭皮に貼付した電極から経頭蓋直流促進する技術開発に寄与することができると考刺激を 10 分間与えた。直流刺激後，対象者はえられる。

右手の人差し指の外転筋力を最大筋力の 20%中枢神経回路の神経活動を変調させる手法と筋力レベルで疲労困憊まで発揮した。直流刺激

して，経頭蓋直流刺激法がある。これは，大脳前から疲労困憊 30 分後まで，経頭蓋磁気刺激

皮質に微弱な直流刺激 (1-2 mA 程度) を与え，で中枢神経回路の興奮レベルを計測した (図中枢神経回路の興奮レベルを変調させる手法で1)。直流刺激のプラセボ効果を最小限にするたある。経頭蓋直流刺激は，骨格筋の疲労を軽減めに，対照群として疑似刺激条件を設けた。

させることが示されている。したがって，経頭

1-3．経頭蓋直流刺激

蓋直流刺激を用いて中枢神経回路の興奮レベル― 1 ―経 頭 蓋 直 流 刺 激 は 定 電 流 刺 激 装 置 (DC-立石科学技術振興財団

図 1 実験デザインの模式図

Stimulator Plus, neuroConn 社製，ドイツ) を用いた。陽極 (7×5 cm) を対象者の左側の頭皮に，陰極 (7×5 cm) を右肩に貼付して，左図2半球の大脳皮質に直流刺激を与えた。なお，陽運動誘発電位 (MEP) の生波形

極の貼付位置は，経頭蓋磁気刺激法を用いて第た。経頭蓋磁気刺激による MEP の計測は各計一背側骨間筋のホットスポットとした。直流刺測タイミングで 10 回ずつ行った (図 2)。なお，

激中，刺激強度は 2 mA とし，刺激時間は 1010 回分の MEP の平均値を各計測の代表値と分間とした。なお，別日に疑似刺激条件での実し，それらを分析に用いた。

験を設け，二重盲検法でプラセボ効果を最小限

1-6．末梢神経刺激にした。

定電流刺激装置を用いて尺骨神経に電気刺激を与え，第一背側骨間筋から M 波を計測した。

1-4．筋力発揮

対象者は実験椅子に座り，右手を特製の筋力

尺骨神経の刺激強度は，M 波の振幅が最大を計に置き，人差し指を張力計に固定した。人差示す最大強度の 120% の強度に設定した。末梢し指の外転筋力を記録し，対象者の正面のモニ神経刺激による M 波の計測は，経頭蓋磁気刺タに表示した。

激と併せて同じ時点で行った。

対象者は第一背側骨間筋を収縮させて，随意1-7．データ分析

最大筋力および持続的な筋力発揮を行った。随

各計測時点における随意最大筋力を算出し，

意最大筋力の計測では，最大筋力に達して筋力持続的な筋力発揮前からの随意最大筋力の低下を 3 秒間維持し，1 分間のインターバルを設け率で筋疲労を評価した。MEP と M 波の最大振3 回実施した。最大下の筋力発揮では，対象者幅値を算出し，MEP の振幅値を M 波の振幅値はモニタに表示された随意最大筋力の 20% レで標準化した。持続的な筋力発揮前からの標準ベルのターゲット筋力に合わせて，できる限り化 MEP の低下率を中枢神経回路の疲労の指標

長く筋力を維持した。発揮筋力が 5 秒以上ターとし，経頭蓋直流刺激の条件間 (直流刺激条件ゲット筋力に達しなかった時点で収縮を終了さvs. 疑似刺激条件) で比較した。また，持続的せた。

な筋力発揮前からの M 波振幅値の低下率を末

1-5．経頭蓋磁気刺激

梢神経の疲労の指標とし，これも条件間で比較

経頭蓋磁気刺激法で対象者の左半球の大脳皮した。

質を刺激して右側の第一背側骨間筋から運動誘発電位 (motor evoked potential ; MEP) を計測

2．成果 2-1．筋力発揮の持続時間し，これを中枢神経回路の興奮レベルとした。

第一背側骨間筋が疲労困憊に至るまでに要し

経頭蓋磁気刺激の刺激位置は，コイルを移動さた 筋 力 発 揮 の 持 続 時 間 は，直 流 刺 激 条 件：せながら複数個所を刺激して，第一背側骨間筋405.7±194.9 秒，疑似刺激条件：490±405 秒での表面筋電図の振幅が最も大きい位置とした。

あり，条件間で有意差は見られなかった。

MEP の 振 幅 が 50 mV を 超 え た 刺 激 強 度 を2-2．筋疲労

MEP の閾値とし，その 120% を刺激強度とし― 2 ―

図 3 に各計測時点における随意最大筋力を示

Tateisi Science and Technology Foundation

し，その変化から持続的な筋力発揮による筋疲6.5±6.1% に達し，疑似刺激条件において標準労を評価した。直流刺激条件における随意最大化 MEP は疲労困憊前の水準まで回復する傾向

筋力は，持続的な筋力発揮前に 11.5±2.7 N，を確認することができた。

持続的な筋力発揮直後に 8.8±1.6 N であり，両条件間の比較において，直流刺激条件での疲労によって 26.5±17.3% 低下した。その後，標準化 MEP は持続的な筋力発揮直後に有意に随意最大筋力は次第に回復していき，疲労困憊低下 (−53.6±18.4%；直流刺激前に対する変10 分後に随意最大筋力は 11.3±2.4 N となり，化率) が見られた。その一方で，疑似刺激条件疲労困憊前の水準まで回復した。

での標準化 MEP は持続的な筋力発揮直後に低疑似刺激条件における随意最大筋力は，持続下 (−4.8±62.1%) したものの，有意差は見ら的な筋力発揮前に 11.2±3.0 N，持続的な筋力れなかった。したがって，直流刺激は中枢神経発揮直後に 8.3±1.4 N であり，疲労によって回路の疲労を促進させた可能性がある。

32.6±10.3% 低下した。その後，随意最大筋力は次第に回復していき，疲労困憊 10 分後に，随意最大筋力は 11.0±3.9 N となり，疲労困憊前の水準まで回復した。

図4

標準化運動誘発電位 (MEP) の経時的変化

2-4．末梢神経の疲労回復

図 5 に末梢神経の疲労の指標である M 波振
図3

幅値の経時的な変化を示した。直流刺激条件に随意最大筋力の経時的変化

おける M 波振幅値は，直流刺激前に 13.1±1.2mV，持続的な筋力発揮前に 12.5±2.0 mV で2-3．中枢神経回路の疲労回復

図 4 に中枢神経回路の疲労の指標である Mあり，疲労困憊直後に 12.3±1.7 mV を示した。

波で標準化された MEP の経時的な変化を示し

その 2 分後に M 波振幅値は 13.5±1.8 mV であた。直流刺激条件における標準化 MEP は，直り，直流刺激条件において M 波振幅値に顕著

流刺激前に 7.9±7.6%，持続的な筋力発揮前にな低下は見られなかった。

7.5±6.7% であり，疲労困憊 2 分後に最も低い

疑似刺激条件における M 波振幅値は，直流2.2±2.0% を示した。その後，標準化 MEP は刺激前に 12.8±2.0 mV，持続的な筋力発揮前次第に増加していき，疲労困憊 30 分後にはに 12.2±2.3 mV であり，疲労困憊直後に最も6.2±6.7% に達したが，直流刺激条件において低い 11.6±3.2 mV を示した。その 2 分後に M

標準化 MEP は疲労困憊前の水準に回復しな

波振幅値は 13.0±2.3 mV であり，疑似刺激条かった。

件において M 波振幅値は疲労困憊直後に一時

疑似刺激条件における標準化 MEP は，直流的な低下 (−13.9±23.1%) が見られた。

刺 激 前 に 4.5±3.6%，持 続 的 な 筋 力 発 揮 前 に両条件で共通して見られた M 波振幅値の回5.4±4.2% であり，疲労困憊 5 分後に最も低い復の傾向として，疲労困憊直後に振幅値が低値3.4±3.7% を示した。その後，標準化 MEP はを示した後に 2-5 分で回復した。そして，疲労次第に増加していき，疲労困憊 30 分後には困憊の 20-30 分後に再び M 波振幅値が低下す― 3 ―立石科学技術振興財団[今後の研究の方向，課題]
本研究の目的は，経頭蓋直流刺激による中枢神経回路の変調が疲労回復に与える影響を明らかにすることであった。経頭蓋直流刺激は持続的な筋力発揮後の中枢神経回路の疲労を促進した可能性があるが，中枢神経回路の疲労回復を図5

M 波振幅値の経時的変化促進しなかった。その原因の 1 つとして，低強る傾向が見られた。実験後，第一背側骨間筋に度の筋力発揮を疲労困憊まで行った本研究の運筋肉痛のような症状が表れた対象者がいたため，動課題の設定が考えられる。一部の対象者に中これが末梢神経の疲労回復に影響した可能性が

枢神経回路の疲労よりも末梢神経の疲労の方がある。

強く出たことから，実験デザインを再考する必要性があると考えられた。したがって，今後の研究では，より中枢神経回路の疲労が引き起こされる高強度・短時間の持続的な筋力発揮後の中枢神経回路の疲労回復に対する計測を行っていく予定である。

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