歩行 CPG セントラルパターンジェネレーター 中枢性パターン発生器

歩行の基礎知識として重要な『セントラルパターンジェネレーター（CPG・中枢性パターン発生器）』について、具体例も踏まえながら、分かりやすく解説しています。

高位中枢で決定された歩行開始の指令は、中脳歩行誘発野など脳幹の歩行中枢を賦活し、最終的に脊髄へと伝達される。

そこから時空間的にパターン化した運動出力を生成する神経機構が、いわゆるセントラルパターンジェネレーター（CPG：Sentral Pattern Generator）である。

この様に、脳幹や脊髄内に基盤となる神経機構が存在する。

歩行時におけるリズミカルな肢運動や姿勢制御は、無意識かつ自動的に遂行され、この過程には脳幹と脊髄におけるsensory-motor integrationが重要な役割を果たす。

また、歩行にはリズミカルな肢運動とともに頭頸部・体幹・上下肢のアライメントや筋緊張の制御が必要である。

これは、歩行リズム生成系と筋緊張制御系の協調的作用により実現される。

～『歩行を診る―観察から始める理学療法実践 』より引用～

中枢パターン発生器は、広義の反射の一部として、歩行をはじめとしてさまざまな運動の筋活動パターンに関与している。

呼吸運動や嚥下運動においてもこのような筋活動のパターンをつくる中枢が存在すると考えられており、上位からの入力もしくは感覚入力によって一定の筋活動パターンの出力が行われることが知られている。

CPGは、脳幹や脊髄内の介在ニューロンのネットワークとして存在し、上位中枢からの入力により、リズミカルな筋活動パターンを生成する。

歩行パターン生成に関与するCPGは腰膨大部に存在すると考えられ、実際に腰髄の電気刺激によって、歩行様の筋活動パターンが下肢に出現することが知られている。

一方、嚥下や呼吸運動に携わるCPGは脳幹に存在するとされている。

感覚入力や上位からの入力は、パターンの形成そのものに必須ではないが、パターン発生のトリガーやその修飾因子としてはたらく。

～『現代リハビリテーション医学 改訂第4版 』より引用～

歩行（ロコモーション）における『意志運動』と『自律運動』

• 意志的要素が優位な歩行 ⇒外乱などが生じる環境での歩行など（左右へ揺れている電車内を歩行するなど）

• 自律的要素が優位な歩行 ⇒整地で障害物が何もない環境での歩行など

歩行時にCPGを駆動（賦活）させるための条件

• 左右対称でリズミカルな歩行
• 立脚初期においてイニシャルコンタクト（踵接地）が両側性に実現されてた歩行
• 両側性に立脚後期がきちんと実現された歩行

CPGの切り替えにおける求心性情報として有名なもの

1. 荷重に関する情報： 具体的には「下腿三頭筋からのIb抑制」や「足底のメカのレセプターからの入力」
2. 股関節の位置情報： 具体的には、（立脚後期における）股関節屈筋群の伸張が信号の一つになっている。

BWSTTとセントラルパターンジェネレーター

脊髄損傷患者や脳卒中片麻痺患者などが実施する歩行練習にボディーウェイトサポートトレッドミルトレーニング(BWSTT ： Body Weight Support treadmill training)がある。

1. 早期からの歩行を通じて荷重学習ができる。 ※ちなみに、「早期からの歩行練習」は理学療法ガイドライン（脳卒中）において「推奨グレードA・エビデンスレベル2 」に位置づけられている。
2. 自重をコントロールすることで歩行中の身体的な負担が軽減でき、長い治療時間を確保できる。 ※ちなみに、「体力低下に対する理学療法」は理学療法ガイドライン（脳卒中）において「推奨グレードA・エビデンスレベル4」であり、以下の様な記述がある。

有酸素運動は、脳卒中患者の最大酸素摂取量を向上させ、歩行能力も向上させる。 維持期脳卒中片麻痺患者の毎日の歩数は、心肺機能と大きく関与している 。 脳卒中患者は退院後、無酸素性作業閾値が健常者と比べ低下する。 入院の間の理学療法は廃用性低下の防止のために質的にも量的にも再検討されるべきである。 退院後に、健康を改善するために、よりアクティブなリハビリテーションプログラムを患者に与えるのが重要である。 トレッ ドミル歩行による有酸素運動は、維持期脳卒中患者の歩行機能や最大酸素摂取量を改善させる。 トレッドミル歩行による有酸素運動は、脳卒中片麻痺患者の歩行時のエネルギー効率、移動能力、下肢筋力を改善させる。

• 左右対称でリズミカルな歩行
• 立脚初期においてヒールコンタクト（踵接地）が両側性に実現されてた歩行
• 両側性に立脚後期がきちんと実現された歩行

脊髄には、基本的な歩行パターンを作る中枢パターン発生器（Central Pattern Generator : CPG）という神経回路網があることが知られている。

このCPGとともに、脊髄には学習能力があることも提唱されている。

釣り上げ式体重綿免荷歩行は、これらを理論的背景として開発された。

この方式の歩行練習では、通常は２人の理学療法士が脊髄損傷者の左右に位置し、トレッドいるの速さに合わせて立脚相と遊脚相を介助する。

この時には正常歩行を再現するように介助、し立脚期での膝伸展と立脚後期での股関節伸展を意識して介助する。

このように下肢への体重負荷と股関節伸展が、脊髄歩行中枢を刺激するために重要と考えられている。

～『理学療法診療ガイドライン 第１版 ダイジェスト版 脊髄損傷』より引用～

中枢ジェネレーターを賦活せよ！

• 麻痺側下肢を後方へ引いた状態（股関節伸展位）での、足関節を底屈（前足部・特に母趾への荷重を意識しながらのフォアフットロッカーを想定）

• ステッピング練習（麻痺側下肢へ荷重した状態で、ヒールコンタクトを意識しながら非麻痺側下肢を前方へ振り出す）

テンポの良い歩行はCPGの賦活を助ける

健常者では歩行を続けると一次感覚運動野の活動が低下する傾向があり、特に速度が速い場合に顕著である。

歩行可能な脳卒中片麻痺患者のトレッドミル歩行においても、同様に大脳皮質の活動の速度依存性が認められている。

このことは、歩行速度の向上に伴って歩行制御におけるCPGの役割が相対的に増加し、歩行がより下位の神経機構の制御へと推移することを示唆している。

片麻痺患者の歩行トレーニングにおいても、姿勢保持が可能な範囲で速度を速めて行うことで、歩行運動の自動化を促すことが期待される。

～『脳卒中片麻痺者に対する 歩行リハビリテーション 』より引用～

股関節の積極的な屈曲ー伸展の自動運度により歩行の自動的抑制を促進し、大腰筋の伸張による張力を利用しながらエネルギー効率の良い歩行を実現するためには、患者お後方から密着してアライメントを整えながら前進する、「後方介助」が合理的である。

介助者が患者の後方に位置することで、骨盤後傾・回旋や体幹前傾を介助者の体幹を用いて効率よく修正することができ、かつ介助者自身の歩行中の前方推進力をそのまま伝達して活用することが出来る。

～『脳卒中片麻痺者に対する 歩行リハビリテーション 』より引用～

ちなみに上記DVDは、日本ボバース研究会会長でIBITA/JBITA 成人中枢神経疾患上級講習会インストラクターでもある『伊藤 克浩氏』による解説がなされており、脳卒中リハビリを考える上で実践的な内容となっており、非常に参考になると思う。

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