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Non-invasive Neuromodulation of Spinal Cord Restores Lower Urinary Tract Function After Paralysis

Parag N. Gad1,2, Evgeniy Kreydin, Hui Zhong, Kyle Latack and V. Reggie Edgerton

Frontiers in Neuroscience. June 2018. Volume 12 Article 432.

PMID: 30008661 PMCID: PMC6034097 DOI: 10.3389/fnins.2018.00432


No.2023-01

執筆担当: 社会医療法人スミヤ角谷リハビリテーション病院 中前 匡揮

掲載:2023年1月31日


【論文の概要】

脊髄損傷(SCI)後の下部尿路(LUT)機能障害はSCI患者に普遍的であり、患者の健康とQOLに大きな影響を与える。本研究では、非侵襲的な神経調節技術である経皮的脊髄刺激によるLUT機能増強(TESSLA)が、LUT機能に関与する脊髄回路を再活性化し、SCI患者の膀胱および尿道括約筋機能を正常化できることを立証する。対象はT11以上のSCIで、間欠式カテーテルを使用している7人(男性4人、女性3人)。被験者は全員SCIを有してから少なくとも1年以上経過している者だった。電気刺激には、独自の非侵襲性経皮的電気脊髄刺激装置(NeuroRecovery Technologies, Inc.)が用いられた。電極貼付部位はT11-T12とL1-L2の棘突起間。陰極に直径2.0cmの円形ゲル、陽極に5.0 × 10.0 cm2の長方形電極が貼付された。周波数は1Hzまたは30Hzで実施された。刺激強度は耐容可能な最大値とし、1日3時間実施された。結果、1Hz刺激の場合排尿効率(VE)の改善、流量の増加、残量減少、起立筋と括約筋の連携改善が見られた。排尿効率は26.99 ± 15.41 から 50.80 ± 5.25 %に増加した(P < 0.05, n = 7)。一方、30Hz刺激の場合では、蓄尿時の起立筋過活動の減少、すなわち膀胱容量の増加、排尿時の起立筋-括約筋の協調性の向上(n=5、P<0.05)がみられた。膀胱容量は170.54 ± 15.86ml から 252.59 ± 18.91ml に増加した(P< 0.05、n = 7)。


【解説】

SCI後のLUT機能障害は健康とQOLに大きな影響を与える。本研究は慢性期の間欠式カテーテルを使用しているT11以上のSCI患者7名を対象としている。介入方法として、非侵襲的な神経調節技術である経皮的脊髄刺激によるLUT機能増強(TESSLA)を1日3時間実施。結果、LUT機能に関与する脊髄回路を再活性化したと報告している。近年、SCI患者の難治性尿失禁に対して仙骨表面への電気刺激を実施することで、神経因性膀胱や不安定性膀胱などを対象に失禁回数が改善された報告がある1)。また、脳卒中患者においても腰仙髄領域への神経筋電気刺激療法が尿失禁を改善させた2)との報告もある。特にSCI後の排尿障害はほとんどの患者において付きまとう問題であると言われている3)。本研究ではTESSLAという特殊な治療機器を用いているが、その他の経皮的な電気刺激機器においても障害された排尿機能に何らかの改善が得られる可能性があるのではないか。今後の研究の発展が排尿障害患者へのリハビリテーションの一助になると考える。



【引用・参考文献】

1) Effects and indications of sacral surface therapeutic electrical stimulation in refractory urinary incontinence - Clinical Rehabilitation 2004; 18: 899-/907

2) Effectiveness of neuromuscular electrical stimulation therapy in patients with urinary incontinence after stroke. Medicine (Baltimore). 2018 Dec; 97(52).

3) 脊髄損傷における排尿障害の診療ガイドライン 2011年 page8

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Cardiac and Peripheral Autonomic Responses to Orthostatic Stress During Transcutaneous Vagus Nerve Stimulation in Healthy Subjects

Eleonora Tobaldini, Edgar Toschi-Dias, Liliane Appratto de Souza , Karina Rabello Casali , Marco Vicenzi, Giulia Sandrone, Chiara Cogliati, Maria Teresa La Rovere, Gian Domenico Pinna, Nicola Montano. J Clin Med. 2019 Apr 11;8(4):496.

PMID: 30979068 PMCID: PMC6517949 DOI: 10.3390/jcm8040496


No.2022-05

執筆担当:和歌山リハビリテーション専門職大学 福井 直樹

掲載:2022年5月30日


【論文の概要】

交感神経系と副交感神経系は自律神経系の主枝であり、恒常性維持のために内蔵機能を制御している1)。この自律神経の失調は高血圧や心不全など多くの疾患の発症・進行に関連し、特に心血管疾患の予後を左右する因子であることが明らかになっている2-3)。ヒトの迷走神経の耳介枝は、迷走神経求心性の第一中枢である孤束核(NTS)や、脳幹や前脳の他の迷走神経投射部に投射されていることが報告されている4)。Krausらは機能的磁気共鳴を用いた神経画像研究により、大脳辺縁系構造や脳幹などの自律神経調節経路のBOLD信号が、左前耳道の電気刺激(taVNS)により減少することを観察している5)。本研究は健常者において、taVNSがHRを低下させ、起立性ストレスに対する自律神経系の反応性を変化させるかどうか無作為化クロスオーバー研究デザインで検証した。対象は平均年齢27.4歳の若い健常者13名とし、介入1日目にtaVNSを行い、24時間後をコントロール期とした。評価はECG、胸部ベルトを介した呼吸信号、安静時および受動的起立運動時の非侵襲的な拍動性動脈血圧とした。taVNSは非侵襲的なTENS装置(NEMOS)を用いて、外耳の左耳介に経皮的電気神経刺激を行った。パラメーターはパルス幅200ms、パルス周波数25Hzの電流を1〜6mAの感覚閾値のレベルで実施した6)。解析はR-R間隔の連続する2つのピーク間の間隔から得られた心拍変動(HRV)、収縮期動脈圧変動(SAPV)の周波数領域解析を行った。統計解析は、Lèvene検定およびShapiro-Wilk検定を用いて、それぞれ分布の均一性および正規性を評価した後、電気刺激の種類間の差をStudent's t-testで検定し、p<0.05の確率値を統計的に有意とした。結果、taVNSによってHRが有意に低下したがスペクトル分解時の低周波成分と高周波成分の相対的な寄与率においては有意な差はみられなかった。一方、R-R間隔では、心臓の交感神経の変調の指標となる無変動パターンの頻度が有意に減少した。


【解説】

本研究は若年健常者に対してtaVNSを実施し、ベースラインと比較して①HRを低下させる、②安静時に心臓および末梢の交感神経調節を低下させる、③起立性変化に対する交感神経系血管運動調節の反応性を高めることを明らかにした。迷走神経を非侵襲的に新しい方略で刺激・調節することができることは非常に興味深い。①HRの低下は副交感神経の迷走神経活動が耳介刺激によって直接誘発された結果であると考えられる。しかし、taVNSがどのようなメカニズムでHRを低下させるのか不明である。②taVNSが交感神経の心臓副交感神経変調を減少させる、③taVNSが交感神経系の血管運動調節を減少させる。この現象によってtaVNSが心拍数と収縮期動脈圧の変動の減少を起こす可能性が示唆される。最近の研究では、耳の他の場所と比較して、耳介を刺激するとNTSの活性化が有意に強くなることも示されている7)。経皮的迷走神経刺激はHRを低下させ、心臓および末梢の自律神経調節に影響を与え、交感神経による調節が心臓と血管に向けられ、遠心性線維だけでなく、求心性線維も活性化させることで全身を調節する可能性がある。


【引用・参考文献】

1) Montano, N.; Tobaldini, E.; Porta, A. The Autonomic Nervous System. In Stress Challenges and Immunity in Space: From Mechanisms to Monitoring and Preventive Strategies; Chouker, A., Ed.; Springer:Berlin/Heidelberg, Germany, 2012.

2) Mancia, G.; Grassi, G. The Autonomic Nervous System and Hypertension. Circ. Res. 2014, 114, 1804–1814.

3) La Rovere, M.T.; Pinna, G.D.; Maestri, R.; Mortara, A.; Capomolla, S.; Febo, O.; Ferrari, R.; Franchini, M.;Gnemmi, M.; Opasich, C.; et al. Short-term heart rate variability strongly predicts sudden cardiac death in chronic heart failure patients. Circulation 2003, 107, 565–570.

4) Frangos, E.; Ellrich, J.; Komisaruk, B.R. Non-invasive Access to the Vagus Nerve Central Projections via Electrical Stimulation of the External Ear: FMRI Evidence in Humans. Brain Stimul. 2015, 8, 624–636.

5) Kraus, T.; Kiess, O.; Hösl, K.; Terekhin, P.; Kornhuber, J.; Förster, C.CNSBOLDfMRI E ects of Sham-Controlled Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation in the Left Outer Auditory Canal—A Pilot Study. Brain Stimul.2013, 6, 798–804.

6) Kreuzer, P.M.M.; Landgrebe, M.; Husser, O.; Resch, M.; Schecklmann, M.; Geisreiter, F.; Poeppl, T.B.;Prasser, S.J.; Hajak, G.; Langguth, B. Transcutaneous Vagus Nerve Stimulation: Retrospective Assessment of Cardiac Safety in a Pilot Study. Front. Psychol. 2012, 3, 70.

7) Yakunina, N.; Kim, S.S.; Nam, E.C. Optimization of Transcutaneous Vagus Nerve Stimulation Using Functional MRI. Neuromodulation 2017, 20, 290–300.

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Effect of whole-body vibration therapy on lower extremity function in subacute stroke patients.

Head Neck.

Jin Wan Kim , Jong Hwa Lee

2021. 17(3):158-163.

PMID: 34285892 PMCID: PMC8257441 DOI: 10.12965/jer.2142246.123


No.2022-04

執筆担当: 関西福祉科学大学 植村 弥希子

掲載:2022年2月24日


【論文の概要】

全身運動刺激(Whole Body Vibration; WBV)は筋のパフォーマンスを向上させ、歩行機能を改善する可能性があるといわれている。今回、初発脳卒中発症後2か月以内の亜急性期患者に対しWBVの効果を検証した。計38名が参加し、それぞれ20分の理学療法と45回のスクワットを1日2回、週に5回、計10回実施した。なおWBV群は理学療法やスクワットをWBV(周波数16Hz、強度40)の台の上で行った。介入後、股関節、膝関節の屈曲、伸展筋力、Berg Balance Scale (BBS)、10-m歩行テスト(10MWT)、Timed Up and Go Test(TUGT)を測定し、Functional Ambulation Category (FAC)を評価した。下肢筋力およびBBS、10MWT、FACはいずれの群も有意な改善を認めた。改善率で比較するとWBV群でBBS、10MWT、FACで有意な改善を認めたことから、WBVの併用は脳卒中亜急性期患者のバランス機能ならびに歩行機能の改善をもたらす可能性がある。


【解説】

WBVは筋紡錘およびα運動ニューロンを刺激し、緊張性振動反射を生じさせ、その結果、筋出力が改善、姿勢制御、バランス機能が改善すると考えられている。変形性膝関節症患者1)やパーキンソン病患者2)においてWBVの併用が筋力やバランス機能を改善すると報告されている。一方で、WBV単独では運動療法と比べ身体機能の改善は認めていない2)ことから、WBVと運動療法の併用が身体機能改善に効果があると考えられる。本研究においてはWBV単独群との比較はされていないが、運動療法との併用がよりバランス機能を改善していることから、WBVは効果的な補完療法になりうる可能性が示唆された。一方で、脳卒中患者に対するメタアナリシスではバランス改善効果を認めなかった(BBS:SMD=-0.08, 95%CI=-1.35 to 1.19, P=0.91)3)と結論付けている。しかしWBVの使用方法や対象については一定の見解を得られておらず、今後さらなる検証が必要と思われる。


【引用・参考文献】

1) Lai Z., Lee S., Hu X., et al. Effect of adding whole-body vibration training to squat training on physical function and muscle strength in individuals with knee osteoarthritis. J Musculoskelet Neuronal Interact. 2019; 19: 333-41.

2) Molina ED., Barron-Gamez CE., Bellmann IE., et al. Comparison of the effect of whole-body vibration therapy versus conventional therapy on functional balance of patients with Parkinson's disease: adding a mixed group. Acta Neurol Belg. 2021; 121: 721-28.

3) Yang X., Wang P., Liu C., et al. The effect of whole body vibration on balance, gait performance and mobility in people with stroke: a systematic review and meta-analysis. Clin Rehabil. 2015; 29: 627-38.


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