膝ACL損傷後の求心性フィードバックの低下と視覚ー認知システム依存
感覚運動システムは複雑で、体の運動制御システムの中心的な要素です。
動作の計画と実行、および姿勢制御の維持を支援します 。これには、求心性感覚経路、遠心性運動経路、および中枢皮質処理が含まれます 。感覚運動機能はあらゆる動作に必要です。望ましい方向からの逸脱を検出し、その後運動反応を変更するには、感覚情報（特に体性感覚情報と視覚情報）の統合が必要です。運動制御には感覚運動機能が必要であることを考えると、たとえば、環境内のより多くの刺激に反応したり、より多面的な関節動作や筋肉を利用したりするなど、運動の複雑さが増すにつれて、感覚運動の要求も増加します。したがって、筋骨格損傷（前十字靱帯 [ACL]損傷など）の後に発生する可能性のある感覚運動機能障害は、動作の計画と実行に悪影響を与える可能性があります。
ACL は、
(1) 過剰な脛骨の前方移動と内旋を制限することによる構造的安定性
(2) 感覚運動皮質への感覚情報を提供します。
したがって、 ACL損傷は膝の構造的安定性と感覚運動系機能 (姿勢制御、筋肉の調整、中央皮質への求心性情報の供給など)に悪影響を及ぼします。
ACL 再建手術 (ACLR) により構造的安定性が回復したにもかかわらず、感覚運動機能障害が残るかどうかについての議論が高まっています 。ACLR後の感覚運動機能障害は、求心性感覚経路、中枢処理経路、および遠心性運動経路にわたって発生します。最近の総説では、遠心性経路 とその体性感覚系の特定の側面 (固有受容と運動感覚) の機能不全が報告されています。
求心性システム内には 6 つの感覚系 (体性感覚、視覚、聴覚、前庭、味覚、嗅覚) がありますが、体性感覚と視覚系は運動制御にとって最も重要です。体性感覚系には、
(1) セグメントの位置 (固有受容) と運動 (運動感覚) について中枢皮質に情報を伝える、
(2) 痛みと圧力/振動を感知する、
(3) 接触を介して環境内の物体を感知するなど、
いくつかの重要な機能があります。 ACLは、脊髄、下部脳、および大脳に処理するための固有受容求心性情報を送る機械受容体によって高度に神経支配されています。ACL が全層断裂すると、機械受容体媒介経路が破壊され、痛みや腫れが生じ、関節形成性筋抑制が促進されます。
視覚系には、目、光神経経路、後頭葉 (視覚情報の処理が行われる場所) が含まれます。これには、物体の識別を支援したり、環境内での物体の空間的な位置と方向を提供したりするなど、いくつかの重要な機能があります。ACL の固有受容情報が失われると、脳内の運動計画中枢に対する要求が増大し、姿勢制御が低下します。特に、視覚系への過度の依存はACLR後に発生する可能性があり、ACLの再損傷の一因となる可能性があります。視覚系機能障害に関する初期の研究は機能的脳 MRI に基づいていましたが 、視覚情報の処理が ACLR 後の運動制御 (二重タスク負荷) にどのような影響を与えるかを調査する研究は小規模ではありますが増え続けています。
遠心性障害が包括的に検討されてきたことを考えると、ACLR後の求心性機能不全とその測定方法を検討するレビューは、臨床医がそれらの障害をより適切に評価し、効果的に標的とするのに役立つであろう。ACLRの体性感覚および視覚系の機能障害を評価する研究からのデータを統合して検討した。
ACLR後に体性感覚系と視覚系に起こる変化
これまではACLR後の感覚運動系内の負の遠心性変化に焦点を当てており、これは求心性経路内の機能不全に応答して起こると仮説が立てられてきた。また、姿勢制御を維持し、動作を実行するための視覚系への過度の依存が、体性感覚系内の機能不全に応じて発症する可能性があるという仮説も立てられています。ACLR参加者と健常対照者の体性感覚と視覚の両方の求心性経路間に有意な差があること、またACLRコホートの四肢間にも有意な差があることを確認しており、中枢処理を評価する研究では体性感覚処理の変化と活動の増加が視覚系で実証されている。しかし、利用可能な前向き研究が不足しているため、その違いがACLR手術の結果として生じる機能不全を反映しているのか、それとも手術前から存在しているのかを判断することはできません。前述したように、ACL は機械受容体によって高度に神経支配されており、損傷により固有受容や運動感覚などの体性感覚機能の低下につながります。
ただし、その後 3 ～ 6 か月かけて求心性線維が ACL 移植片内に再成長すると、体性感覚機能は改善すると考えられています。参加者の無傷の四肢と比較して、ACLR 四肢における固有受容と運動感覚が減少しているという概念を裏付けています。これらの所見の一部は術後6か月未満の参加者について報告されているが、ACLR移植片が再神経支配されるべきだった参加者（術後36～64か月）において持続的な機能低下を実証した研究はほぼ同数あった。 持続的な機能低下は、移植片の再神経支配を経験していない人もいることを示している可能性があります。可能性の高いもう 1 つの説明は、これらの参加者はリハビリテーションを受けているにもかかわらず、機能的脳 MRI および EEG 研究で証明されているように、体性感覚情報の中枢処理に継続的な機能不全を抱えているということです 。
運動制御では、外乱を考慮して適切な運動応答を行うことができるように、求心性システムが身体と環境内でのその位置に関する情報を継続的に取得する必要があります。体性感覚系の機能不全により、環境から情報を取得するために視覚系などの他の求心性システムに大きく依存する可能性があります。これは、慢性的な足関節の不安定性などの怪我で以前に示されています。このレビューの結果は、視覚系への依存の増加がACLRコホートでも発生するという概念を支持しているようです。視覚中枢における中枢処理を評価する方法を利用した研究では、単純な運動課題中に健康なコントロールと比較して、視覚中枢の中枢処理がより活発に行われることが実証されました。視覚系への依存が高まると、潜在的にアスリートが環境の合図を見逃したり、刺激に対する反応が遅くなったりして動作を実行した結果、一次 ACL 損傷を受けるリスクが増加する可能性があることが以前に示唆されています。したがって、ACLR後の個人で確認された視覚系への依存の増加は、二次ACL損傷のリスク増加に関係している可能性があります。Bodkin et al は、 ACLR 参加者は、移動するターゲットを追跡する際に、健康な対照者と比較して、著しく大きな視線エラーを示したと報告しました。この発見は、ACLRが移動するターゲットを追跡するのが難しいため、より視覚に依存しているという概念をある程度支持する可能性がありますが、この集団は混沌とした環境で手がかりを拾うのに適した視覚機能が劣っていることも示している可能性があります。遭遇するのはほとんどのフィールドベースのスポーツです。この発見は、姿勢調整を課せられたとき、ACLR参加者は健康な対照者よりも視覚刺激に対する反応が遅いと報告したArmitano-Lagoらによって支持された。ACLRグループでは足踏み課題を実行する際の反応時間の遅さが見られたが、座った状態で課題を完了する場合はそうではなかった。これは、課題の複雑さが増すにつれて、運動計画と実行皮質領域に機能障害のある個人では違いが現れ始めることを示唆している。
体性感覚と視覚機能障害の評価に関する考察
ACLR後の体性感覚系と視覚系に違いが存在することがわかっていますが、臨床医にとっての共通の問題は、アスリートのこの機能不全を特定するツールを持っていることです。中枢処理の変化は、機能的脳 MRI や EEG などの方法で特定できます。しかし、どちらの方法も、コストがかかることと技術へのアクセスが不足していることにより、多くの臨床医にとって実行可能ではありません。体性感覚機能障害を特定する別のアプローチは、術後 6 か月以上経過したアスリートの JPS または TTDPM 欠損を特定することによって可能になる可能性があります。ほとんどの臨床医は等速性ダイナモメーターを利用できないため、JPS を測定する最も適切な方法は画像計算による角度形成です。しかし、使用した結果尺度の信頼性を発表した研究はほとんどなく、臨床医が臨床現場で活用することが困難になる可能性があります。画像計算による角度形成を利用して JPS を測定したある研究では、その検査方法の信頼性 (ICC= 0.86 ～ 0.92) と検出可能な最小限の変化 (1.3° ～ 2.4°) が公表され 、そのため臨床現場で簡単に採用できるようになりました。TTDPM に関しては、等速性ダイナモメーターを使用せずに TTDPM を評価する方法は限られています。したがって、臨床医が診療所内で採用しやすい、TTDPM を評価するための信頼できる方法を見つけるには、さらなる研究が必要です。したがって、臨床医にとっての現実は、ACLR 後のすべてではないにせよ、一部の人に欠陥が生じる可能性が高いということです。ただし、臨床現場でこれらの欠陥を評価できる可能性は低いため、臨床医はこれらの資質を再開発する演習の採用を検討する必要があります。
視覚系の評価に関しては、使用された結果の尺度に大きな不均一性が再びありました。これは、局所的な視覚処理機能を評価するために使用されるさまざまな結果測定（たとえば、トレイルメイキングテスト、視線追跡、神経認知テストなど）で特に明らかです。視線追跡やトレイルメイキングテストで特定された違いがあるかもしれないが、これが再受傷のリスクやスポーツパフォーマンスに関して ACLR コホートにどのような影響を与えるかはまだ明らかではない。ACLR後のアスリートが再受傷のリスクを最小限に抑え、受傷前のパフォーマンスレベルに戻るために最も適切な視覚処理の特性を特定するには、より前向きな研究が必要です。これまでの研究では、視覚記憶、処理速度、および神経認知テストでの反応時間が、一次ACL損傷を被るリスクの増加に関連する要因として特定されています。これらの要素に加えて他の多くのローカル視覚処理属性を評価する感覚ステーション (視覚評価がプリロードされたモバイル タブレット技術) の可用性が高まると、臨床医が単一のツールでアスリートを評価するだけでなく、研究者もより容易に評価できるようになる可能性があります。前向き研究のためにアスリートを測定するための一貫した結果測定が必要です。運動制御に対する視覚の影響を評価する場合、周波数分析を伴う姿勢撮影は現在、静的作業中に視覚系に過度に依存しているかどうかを特定する一貫した方法であると思われますが、臨床医にとっては実現不可能かもしれません。市販されているシステムはほんのわずかです。要約すると、ACLR集団には視覚処理の何らかの機能不全とともに視覚依存が存在する可能性が最も高いが、臨床医にとって測定方法は限られている。臨床医は、視覚処理を改善するトレーニング方法を取り入れるよう努めるべきです。
リハビリテーションに対する臨床的意義
現在の ACLR リハビリテーション プログラムは、
(1) 膝の可動域と制御の回復、
(2) 筋力と肥大トレーニング、
(3) プライオメトリック トレーニング、
(4) ランニング (直線的および多方向)、
( 5) スポーツ特有の訓練。
体系化されたリハビリテーション プログラムと並行して、アスリートは競技に復帰する前に、スポーツ自体のトレーニングに徐々に再導入するプロセスを経ます。しかし、体性感覚と視覚情報の中枢処理における機能不全を特定した文献の多くは、既にリハビリテーションを完了し（リハビリテーション プログラムの具体的な内容は報告されていないが）、スポーツに復帰した患者を対象に実施されたものである。 (手術からの平均期間は 12 ～ 48 か月でした)。参加者が標準治療として期待されるリハビリテーションを完了している場合、この継続的な機能不全は、現在のリハビリテーションプログラムまたはアスリートの長期フォローアップケアのいずれかに欠けている要素があることを示唆している可能性があります。したがって、今後の研究では、
(1) 障害のある個人を識別するために臨床現場に適用できる方法、
(2) 視覚系への依存を減らす方法を特定することが必要です。
視覚への依存を減らす方法を特定するとともに、これらの方法をいつ実装するかを知ることも重要です。固有受容感覚の欠損は ACLR 後最初の 4 週間以内に確認されており、Lehmann らは、ACLR 後 6 週間以内に視覚系 (中枢処理レベル) への依存の増加が始まる可能性があることも示しています。この結果は、視覚システムへの依存を減らすことを目指す臨床医は、術後すぐに介入を実施する必要があることを示唆しています。したがって、将来の研究では、視覚システムへの依存を軽減する効果的な方法を特定することを目指す必要があります。
ハイライト
体性感覚系と視覚系における被験者内（ACLR肢対健常肢）および群間（ACLR対健常対照）の違いに焦点を当てています。体性感覚系と視覚系の中枢処理の違いを強調する証拠は、ACL損傷および/またはACLRが個人に及ぼす潜在的な影響を実証しています。体性感覚系内では、ACLR 肢では、対側の損傷を受けていない肢と比較して、固有受容機能と運動感覚機能が低下していることが示されています。同様に、ACLR 四肢は、健康な対照と比較して固有受容機能と運動感覚機能が低下しています。中枢処理の変化によって明らかなように、体性感覚機能障害に応じて視覚系への依存が増大し、視覚処理にエラーが発生し、運動制御に悪影響を与える可能性があります。
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