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浦上財団研究報告書

Vol.23（2016）＜平成 25 年度助成＞

嚥下のヨーイ！ドン！！
－近赤外分光法による嚥下準備状態の定量評価－齋

藤和也（熊本大学教育学部生涯スポーツ福祉課程）

1.

背景

2.

方法と結果

嚥下は咽喉頭の諸器官に由来する様々な感覚が実験１咀嚼筋由来の体性感覚入力１）

脳幹の嚥下中枢で統合され（ヨーイ）、実行される[ 方法 ]

被験者は大学生ボランティア 7 名（男性（ドン）一連の運動である。高齢者誤嚥や種々の疾

5 名、女性 2 名、年齢 20－22 歳）。いずれも健常患に伴う嚥下障害などでは、多くの症例において、で嚥下障害の既往を有しない。被験者はコン

嚥下咽頭相、いわゆる嚥下反射の惹起のタイミン

ピュータディスプレイの前に約 60 cm 離れてすグが口腔咽頭内の食塊の進行状況に対して遅れるわり、ゼリー 5 ml を口腔内に保持した。画面ことが知られている。逆に言うと、嚥下反射誘発

中央には 2 秒間視標（白色正方形、各辺 2 °）がのタイミングを早める方法が確立できれば、多く表示された。この間、被験者は様々な強さでの嚥下障害に対する有効なリハビリテーションの咬筋を収縮させ、視標の消失後速やかに口腔方法になり得ると考えられる。

内のゼリーを嚥下した。咬筋の収縮は表面筋

従来は、飲み込む食品の特性を工夫すること（温電図の信号をオーディオモニタで出力し、そ度、味、炭酸など）や、咽喉頭粘膜への刺激によっの音のフィードバックを参考にしながら、最大て嚥下反射のタイミングを早めることが試みられ咬合時の約 80 - 90 ％、40 - 60 ％、10 - 20 ％のてきた。これに対し今回われわれは、嚥下関連強さで主観的に変化させた。

ニューロンの背景活動（準備状態）をあらかじめ高[ 記録 ]嚥下時の咬筋および舌骨上筋群の活動をめておくことで、より短い反応時間で嚥下反射を表面筋電図で記録し、甲状軟骨の前上方への誘発することが可能ではないかと考えた。

移動をレーザー変位計で記録した。オトガイ

嚥下の準備状態に影響を与える可能性がありな下で記録した舌骨上筋群筋電図の全波整流波

がら、これまで殆ど考慮されることのなかった要形は通常二峰性を呈する。視標消失から甲状因として、咀嚼筋に由来する体性感覚入力（実験軟骨の前上方への移動開始、すなわちレーザー1）と、注意の解除の影響（実験 2）の二つについて変位波形の立ち上がりまでの時間（T1）と、全検討を行った。具体的には、嚥下反射惹起のタイ波整流舌骨上筋群筋電図（riEMG）の第二波ミングを指標として、各要因の影響を臨床神経生の立ち上がりからレーザー変位波形の立ち上理学的に調べた。

がりまでの時間（T2）を嚥下動態の時間的指さらに、注意の解除の影響が大脳レベルでの調節標としてオフラインで計測した。また咬筋収機構によるものか、脳幹レベルでのものかを検討す

縮強度は視標消失の直前 0.5 秒間の咬筋表面るため、近赤外分光法による光トポグラフィを用い筋電図の全波整流波形の面積（S）を計測するて脳血流変化を測定することを計画した（実験３）。

ことで定量的に評価した。各被験者において嚥下のヨーイ！ドン！！－近赤外分光法による嚥下準備状態の定量評価－

714 －25 回（平均 18.7 回）の計測を行い、被験化に続く皮質内の情報伝達を経て、嚥下反射者毎に S と T 1 および S とT2 の間の相関係数誘発に至る過程の指標と考えられる。これはを算出した。

被験者間で一定の傾向を認めることができな[ 結果 ]

T1とS の相関係数は 0.382 から－0.623 のかった。以上より、咬筋由来の筋固有感覚情報間に分布した（平均－0.179、標準偏差 0.326）。

は、主に脳幹レベルで直接嚥下関連ニューロン

片側 5 %を有意水準とした t 検定において、7の準備状態を引き上げる可能性が示唆された。

名中 3 名で有意な相関係数を示した。T 2 と実験２

注意解除の影響（投稿準備中）

S の相関係数は－0.237 から－0.833 の間に分[ 方法 ]

被験者は大学生ボランティア 14 名（男性布した（平均－0.534、標準偏差 0.176）。片側10 名、女性 4 名、年齢 20－22 歳）。いずれも5 %を有意水準とした t 検定において、7 名中健常で嚥下障害の既往を有しない。実験 1 同6 名で有意な相関係数を示した（図 1）。

様、被験者はコンピュータディスプレイの前に[ 考察 ]咬筋の収縮強度が増すにしたがって、約 60 cm 離れてすわり、ゼリー 5 ml を口腔内T2 が有意に短縮する傾向が高率に認められに保持した。画面中央には 2 秒間視標（赤色た。咬筋の収縮により、咬筋内の筋紡錘およ正方形、各辺 2 °）が表示された。その後、視びゴルジ腱器官が興奮し、三叉神経運動枝内標の色が赤から青に変わったのち速やかに口の Ia 線維を介して三叉神経中脳路核に筋固腔内のゼリーを嚥下した。視標が赤から青に有感覚情報がフィードバックされる。T2 の間断なく変わる場合（Gap なし課題）と、50－短縮は舌骨上筋群を支配する運動単位が活性800 ミリ秒間コンピュータディスプレイに何も化する効率の向上を表すことになるので、こ表示されない場合（Gap あり課題）を設定しのフィードバック情報が嚥下関連の脳幹運動た。Gap なし課題および Gap 時間を 50、100、ニューロンまたは介在ニューロンの背景活動を200、300、400、800 ミリ 秒 と し た Gap あ り高めた可能性が示唆される。一方 T1 は視標課題をランダムに変化させながら、被験者毎消失による大脳皮質視覚野の神経活動の活性に各課題 4 回、計 28 回の施行を行った。

図1

咬筋収縮強度と嚥下動態の相関

A 標準化された S（std S）に対する標準化された T2（std T2）の散布図の 1 例。この例では両者の間の相関係数は -0.66 であった。
B 被験者ごとの S と T1（T1 vs S）および S と T2（T2 vs S）の間の相関係数の分布。
統計的有意な症例のみ灰色丸で表している。T1 ＝視標消失から甲状軟骨の前上方への移動開始（レーザー変位波形の立ち上がり）までの時間。T2 ＝全波整流舌骨上筋群筋電図の第二波の立ち上がりからレーザー変位波形の立ち上がりまでの時間。
S ＝視標消失の直前 0.5 秒間の咬筋表面筋電図の全波整流波形の面積。
（文献 1・改）8

浦上財団研究報告書

嚥下動態の記録

表面筋電図で計測した舌骨上筋Vol.23（2016）[ 考察 ]

実験１の考察で述べたように T 2 は脳群の活動とレーザー変位計で計測した甲状軟幹レベルにおける嚥下関連ニューロンの活性骨の前上方への移動により嚥下動態を観察し化を表す指標と考えられる。一方 T 3 は主にた。咬筋収縮や眼球運動が嚥下動態に影響を視覚刺激入力が大脳皮質で処理される過程に及ぼした可能性を排除するために、咬筋筋電要する時間に対応する。したがって当初、注図および眼電図も同時に記録した。視標が青意解除の影響は T 2 よりもむしろ T 3 で顕著に変わってからオトガイ下で記録した riEMGに認められると予想していた。しかし T3 での 第 二 波 の 立 ち 上 が り ま で の 時 間（T 3）とは Gap の有無および Gap 時間による有意差はriEMG の 第 二 波 の 立 ち 上 が り か ら レーザー検出されなかった。注意の解除は急速眼球運変位波形の立ち上がりまでの時間（T 2）を嚥動の実行に際して、上丘におけるバイパス回下動態の時間的指標としてオフラインで計測路を駆動して極めて反応時間の短い眼球運動した。

（イクスプレスサッケード）を実現することが統計解析

二つの時間的指標 T 2、T 3 につき、被知られている。本実験における視覚誘導性嚥験 者 と Gap 時 間 を 2 要 因 と し た 繰 り 返 し の下運動においても、なんらかの皮質下レベルある二元配置分散分析を行った。統計的有でのバイパス回路が駆動されたと考えられる。

意 差 が み ら れ た 場 合 は post-hoc test としてひとつの可能性として、上丘 – 視床 – 大脳基

Bonferroni 法を行った。

底核を介した皮質下ループ回路などが考えら[ 結果 ]

被 験 者 と Gap 時 間 の 間 の 交 叉 効 果 は

T2、T3 共に有意ではなかった（おのおの p =れる。

0.381、p = 0.773）。T 2 は、Gap 時間が 100 お

光トポグラフィによる前頭葉の酸素化ヘモグロビン濃度変化の記録（未発表、継続中）

よび 200ミリ秒のときは、Gap なし課題（Gap実験 2 では嚥下動態を指標とした皮質レベルで時間 = 0 ミリ秒）および Gap 時間 800 ミリ秒の変化は検出されなかった。そこで同様のタスクの場合に比較して、統計的有意に短縮していを行った時の酸素化ヘモグロビン濃度変化を光トた。T3 では課題間で統計的有意差は認めらポグラフィを利用して直接計測した。

れなかった（図 2）。

[ 方法 ]

図2

実験３

被験者は健常な大学生 4 名（男性 2 名、注意解除のための Gap 時間に対する嚥下動態の変化

A Gap 時間の変化に対する T3 の変化。
B Gap 時間の変化に対するT2 の変化。T3 ＝視標消失から全波整流舌骨上筋群筋電図の第二波の立ち上がりまでの時間。T2 ＝全波整流舌骨上筋群筋電図の第二波の立ち上がりからレーザー変位波形の立ち上がりまでの時間。* p <0.05, ** p <0.01嚥下のヨーイ！ドン！！－近赤外分光法による嚥下準備状態の定量評価－

女性 2 名、年齢 20－22 歳）。実験 2 と同様の[ 結果 ]

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計測結果の１例を示す。チャネル毎にGap なし課題と Gap あり課題（Gap 時間 200ミ

Gap なし課題と Gap あり課題における反応のリ秒）を行ったときの前頭葉の酸素化ヘモグ違いを比較した。Gap なし課題では全てのチャロビン濃度の変化を 10 チャネルウェアラブルンネルにおいて嚥下反射開始後約 2 秒までに光トポグラフィ WOT-100（日立製作所）を利酸素化ヘモグロビン濃度がベースライン近くま用して記録した。同時に、舌骨上筋群の活動で低下している。これに対し、Gap あり課題を表面筋電図によりオトガイ下から計測した。

では、前頭葉正中部を中心に（ch10、11、12、

光トポグラフィのサンプリング時間は 0.2 秒で13）酸素化ヘモグロビン濃度の嚥下反射後の低ある。最下段の送光 / 受光プローブを、脳電下は緩徐であった（図 3）。

図における国際 10 – 20 法の T 3 – Fpz – T 4 の[ 考察 ]

いずれの課題でも嚥下反射が惹起され位置の前額部皮膚に密着して設置し、各課題るまでは Gap の有無の違いのみであり、光トをランダムに 10 回ずつ、計 20 回行った。各

ポグラフィのサンプリングではわずか 1 サンププローブ間の距離は 3 cm であった。隣り合うリングの違いである。したがって注意解除に送光プローブと受光プローブの中間点をヘモよる影響が大脳における酸素化ヘモグロビングロビン濃度の測定部位とし、全 10 チャンネ濃度の変化として現れるとすれば、それは嚥ルについて記録・解析を行った。各チャネル下反射惹起後である筈である。今回観られたの信号に対し移動平均（window width = 5）

decay の違いが、真に課題の違いに起因するによる平滑化を行った。舌骨上筋群の筋電図ものであるか、否かについては、今後さらに信号の立ち上がりを時間的な基準 0 としてヘ検討が必要である。嚥下反射前の各チャンネモグロビン濃度変化の記録をアライメントし、ルの酸素化ヘモグロビン量の変化に大きな違12 秒前から 6 秒後の間の信号を可算平均した。

いが認められことは、被験者の内的な要因と

嚥下反射前 12 秒から反射前 8 秒までの 4 秒間

外的な刺激の影響が脳血流に大きな影響を及と、反射後 4 秒から 6 秒までの 2 秒間の記録ぼしている可能性を示唆する。あるいはベーを 3 次元多項式で近似し、ベースラインを補スラインでの低周波でのゆらぎが十分に除去正した。

しきれていない可能性もある。

図3

嚥下時の前頭葉酸素化ヘモグロビン濃度変化

嚥下反射開始直後（黒矢頭）から各チャネルの酸素化ヘモグロビン濃度は基線レベルに戻り始める。正中部のチャネル（ch12、ch10、ch13、ch11）では Gap あり課題（各チャネル黒線）において、Gap なし課題（各チャネル灰線）に比べて decay time が長い（白矢頭）。

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浦上財団研究報告書

Vol.23（2016）

残念ながら今回の研究期間中ではこれらのし、これまでにない新しいリハビリテーション方問題を十分に検討するには至らなかった。今法を提供するために、重要な知見であると考えら後の課題として研究を継続したい。

れた。

結語謝辞

咬筋由来の筋固有感覚のフィードバックおよび本研究を遂行するにあたり、多大なご支援を賜

視覚的注意の解除が視覚誘導性嚥下におよぼす影

りました公益財団法人浦上食品・食文化振 興財団

響について検討した。いずれも脳幹レベルでの嚥に厚く御礼申しあげます。

下反射関連ニューロン群の背景活動を高めることによって嚥下反射惹起のタイミングを早めると考文えられた。一方、大脳レベルにおける準備状態の

1) Takeda, H and Saitoh, K., Impact of proprioception during
the oral phase on initiating the swallowing reflex. The
Laryngoscope (in print, early view, http://onlinelibrary.
wiley.com/doi/10.1002/lary.25638/epdf).

促進を十分に捉えるには至らなかった。
嚥下反射惹起遅延に起因する嚥下障害患者に対献Getting ready to swallow: Evaluation of readiness for swallowing using functional near-infrared spectroscopy

Getting ready to swallow: Evaluation of readiness forswallowing using functional near-infrared spectroscopy
Kazuya Saitoh
Lifelong Sports and Welfare Course, Faculty of Education
Kumamoto University
Objectives / Hypothesis: We aimed to elucidate endogenous and exogenous elements
modulating oro-pharyngeal swallowing movements. We considered two possibilities,
proprioceptive sensory feedback yielded during the oral phase and the disengagementof attention immediately before initiating oro-pharyngeal swallowing. Therefore, we setup two hypothesis and did two kinds of experiments accordingly. We hypothesized thatproprioceptive signals and the disengagement of attention encourages the initiation andexecution of pharyngeal phase of visually-guided swallowing movements.
Methods: [Experiment 1] Surface electromyography recordings of the masseter muscle
were obtained during volitional swallowing from seven healthy volunteers with no clinicalhistory of oral disorders. The participants held 5 ml of jelly on the tongue before swallowing
it according to visual cues on a computer display. Initiation of the swallowing reflex wasdetected by an anterior shift of the thyroid cartilage using a laser displacement sensor and by
submental sEMG signals. To vary the proprioceptive input, the participants were instructedto occlude their teeth at various intensities while holding the 5 ml jelly bolus on the tongue.
[Experiment 2] Swallowing dynamics was recorded from 14 healthy volunteers in thesame way as described in Experiment 1. The participants held 5 ml of jelly on their tongues;
subsequently, they swallowed the jelly completely according to the nogo (red visual cue)and go signals (blue visual cue) shown on a computer display. The gap period between thetwo visual cues varied from 0 to 800 ms. Initiation of swallowing reflex was detected by theanterior shift of the thyroid cartilage using a laser displacement sensor and submental sEMGsignal.
[Experiment 3] To see if cortical networks have nothing to do with gap effects detectedin Experiment 2, we are trying to measure the concentration changes of oxyhemoglobinin the prefrontal cortex during visually-guided swallowing using functional near-infrared
spectroscopy (fNIRS). This experiment is ongoing.
Results: [Experiment 1] Rectified and integrated sEMG (riEMG) signals obtained from thesubmental area showed two upward deflections. Contractile forces of the masseter muscles
showed significant negative values for correlation coefficient against time intervals from theonset of the second submental riEMG deflection to the onset of the anterior shift of the thyroid
cartilage in six of the seven participants (average − 0.534, SD 0.176).
[Experiment 2] A gap period of 100 – 200 ms from the extinction of the red cue (nogosignal) to the illumination of the blue cue (go signal) was effective in reducing the delay
from the onset of the second deflection of the rectified and integrated submental sEMG
signal to the initiation of the anterior shift of the thyroid cartilage.
Conclusion: In experiment 1, contractile forces of the masseter muscles during occlusion
tended to correlate negatively with electromechanical delays on suprahyoid muscle
contraction. In experiment 2, the disengagement of attention during a gap period enhanced
the transition from the oral to the pharyngeal phase of visually-guided swallowing
movements.

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