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脊椎損傷患者における体力増強を目的とした
機能的電気刺激を用いたトレッドミル歩行
トロントリハビリ病院
国 立 障 害 者
（共同研究者） リハビリテーションセンター

宮 谷 昌 枝ヒューストン大学

T.Adam Thrasher

河 島 則 天Exercise Intensity during Treadmill Walking with Gait Patterned FES
among Patients with Incomplete Spinal Cord Injury

by
Masae Miyatani
Lyndhurst Centre, Toronto Rehabilitation Institute
Noritaka Kawashima
Research Institute of the National Rehabilitation Centerfor Persons with Disabilities
T.Adam Thrasher
Health & Human Performance, University of Houston

ABSTRACT
It is challenging for individuals with incomplete spinal cord injury（SCI）to achieve
the required fitness level to prevent ensuing secondary complications such as coronary
artery disease. The additional muscle activity induced by gait patterned functional
electrical stimulation（GP-FES）may help these individuals to achieve the required
fitness level. The purpose of this study is to assess the feasibility of increasing exercise
intensity in individuals with SCI using GP-FES assisted walking on a treadmill. Subjects
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were three male individuals with SCI. All three individuals had motor-incomplete lesions,levels T6, C4 and T10 and were 39, 45 and 50 years age, respectively. The test protocol
consisted of sequential four-minute long session of: 1）Without GP-FES walking（NonGP-FES assisted walking）, 2）GP-FES assisted walking, and 3）2nd Non-GP-FES
assisted walking. GP-FES was applied to the quadriceps, hamstrings, tibialis anterior, andtriceps surae muscles using a surface electrical stimulation system. Oxygen consumption（ml/kg/min）was measured during each trial. In all subjects Oxygen consumption

increased during GP-FES-assisted walking（Subject A ： 14.5, B ： 19.1, C ： 17.0:
ml/kg/min） as compared to that of the Non-GP-FES assisted walking（1st Non-GP-FES
assited walking: Subject A ： 13.4, B ： 18.2, C ： 17.0: ml/kg/min; 2nd Non-GP-FES
assisted walking: Subject A ： 13.1, B ： 17.8, C ： 17.5: ml/kg/min）. METs values during
1stNon-GP-FES assisted walking were 3.8, 5.2,and 4.8 METs, while METs values during

GP-FES assisted walking were 4.2, 5.5, and 5.5 METs in subject A, B and C, respectively.
In conclusion, Oxygen consumption increased during GP-FES assisted walking comparedto Non-GP-FES walking. GP-FES assisted walking has a potential of increasing exercise
intensity for individuals with SCI. Further randomized control studies to investigate thetraining effect of the GP-FES assisted walking is required.

要 旨

連続的に酸素摂取量（ ml/kg/min ）を記録した．
運動強度の指標として METs 値を酸素摂取量から本研究では，歩行パターン機能的電気刺激計算した．その結果，すべての被験者において，（Gait patterned functional electrical stimulation: GP-GP-FES 歩行中の酸素摂取量（被験者 A ： 13 . 4，FES）歩行運動を下肢不全麻痺の脊椎損傷（SCI）

B ： 18 . 2， C ： 17 . 0 :ml/kg/min ）は，はじめの患者に適用し，その運動強度を明らかにすること

Non-FES 歩行時（被験者 A ： 14 . 5， B ： 19 . 1，を目的とした．4 ヶ月の GP-FES 歩行トレーニン

C ： 19 . 1 :ml/kg/min ）よりも増加し，次の Non-

グ終了者 8 名の中から 12 分間の連続トレッドミル

FES 時（被験者 A ： 13. 1，B ： 17. 8，C ： 17. 5:

歩行運動を実施可能であった男性 3 名（損傷高ml/kg/min）には，再び減少した．はじめの Non

位： T6, C4, T10，年齢： 39，45，50 歳）が測定

GP-FES 歩行時と比較して，GP-FES 時におけるに参加した．運動プロトコルは反転法を用い，2

酸素摂取量の増加は，被験者それぞれ 8.4%，

分間安静の後，1）GP-FES なしの歩行（Non GP-4.9%， 12.7% であった．GP-FES 歩行中の METs

FES 歩行），2）GP-FES 歩行，3）Non GP-FES 歩

値は，被験者それぞれ，4.2, 5.5, 5.5 METs であっ

行をそれぞれ 4 分間ずつ連続 12 分間のトレッドミた．本研究の結果から，不全麻痺の SCI 患者におル歩行運動であった． GP-FES は，大腿四頭筋，いて運動中の酸素摂取量を増大させる効果，すなハムストリングス，下腿三頭筋，前脛骨筋に対しわち運動強度を増大させる効果が，GP-FES にあて表面電気刺激装置を用いて行われた．運動中はることが実証された．今後は，より大きな被験者
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集団および無作為抽出実験によって，不全麻痺のにより効率が落ちる，また自然な歩行の筋活動とSCI 患者において GP-FES のトレーニング効果をは異なるという欠点がある．そこで Thrasher ら検討していく予定である．

（2006）は，健常者における歩行時の下肢筋電図

緒 言を元にプログラミングされた FES（Gait PatternedFES: GP-FES）を考案し，そのプログラムに基づ脊髄損傷（Spinal cord injury: SCI）患者は，車き下肢筋群を表面電極を用いて刺激し，歩行を補椅子生活を余儀なくされるため，運動不足による助する方法を開発した 4）．Thrasher ら（2006）は，体力の低下，それに伴うメタボリックシンドロー

この GP-FES 歩行トレーニングを SCI 患者に適用

ムや冠状動脈疾患などの高い罹患率が問題となっし，歩行能力に改善が認められたことを報告してている 1-3）．従って，SCI 患者は，日常的に体力いる．しかしながら，GP-FES 歩行による体力の増強を目的とした身体運動トレーニングを実施す

改善効果または GP-FES 歩行の運動強度は明らかることが望ましい．しかしながら，SCI 患者は運にされておらず，体力増強を目的とした運動処方

動機能が麻痺しているために，随意的筋活動によに一般化するには至っていない．

る運動実施が困難であり，ひいては体力増強や生そこで本研究では，GP-FES トレッドミル歩行

活習慣病予防に必要な運動強度の確保が困難であ運動を下肢不全麻痺 SCI 患者に適用し，その運動る．

強度を明らかにすることを目的とした．運動トレ

SCI 患者では，脳で作られた運動指令が筋に到ーニングは健常者においてもそうであるように，達しない，あるいは不完全に到達するため，運動至適な運動強度を用いることが必要であるが，本不全・疾患が生じる．しかしながら，効果器であ研究ではまず，至適運動強度を探る第一歩として，る筋および関節の状態が健全であれば，該当する現在用いられている歩行能力改善とした GP-FES

神経を刺激することで運動不全・疾患のある関節トレーニングが SCI 患者の心肺機能改善にどの程に関節運動を誘発できる．このような目的で用い度の効果を発揮できる可能性があるかを明らかにられる電気刺激を神経筋電気刺激（Neuromuscularした．

Electrical Stimulation ： NMES）と呼ぶ．NMESを用いて，複数筋群を適切なタイミング・強度で刺激することで機能的な運動を補償する方法を機能的電気刺激（Functional Electrical Stimulation ：FES）と呼ぶ（Sheffler and Chae 2007）．例えば，下肢複数筋群を歩行時の筋活動パターンに合わせて電気刺激する場合などが FES と呼ばれ，リハビリテーション現場で用いられている．広く一般的に用いられている歩行トレーニングおよびリハビリテーションに用いられている FES の方法は，大腿四頭筋の賦活により立位姿勢を保ち，引込め反射を誘発して遊脚相を開始させ，立脚相に移行するときに再び大腿四頭筋を刺激するというパターンである．しかしながらこの方法は，反射の馴化
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