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健康コラム

慢性腰痛患者の横隔膜機能に関する研究内容 4

photo6


Statistical Analysis

 被験者群間の比較にはpaired t-testを用いた。
有意性については、Table 4,5,6内の*をp<0.05、**をp<0.001で示した。

データの標準性をみるためにKolmogorov-Smirnov(KS)解析を用いた。
すべてのパラメータと被験者のBMIとの間の相関解析を実施した(Pearson's correlation coefficient)。
BMIに影響されるパラメータは、S1:p3,hd、S2:ar,βDC,γDC,dcである。
BMIとの相関を抑制する可能性要素として、被験者の胸郭の幅によるパラメータの標準化があるが(Fig.2D,幅は横隔膜最
下部により決められた)、統計検定の結果では何も影響はみられなかった。
すべての抽出された値は下記数式により処理された。
proper data range=〈P25-w・(P75-P25),P75+w・(P75-P25)〉

 Pkはk-thの百分位数を示し、wは初期値から1.5の不変なセットである。
この数値はデータの約99.3%をカバーし、それ以外のデータはエラーとして統計から除外した。異常群被験者中、呼吸運動が適正でないデータも統計から除外した(ID#s:19,24,27,29)。


Results

Dynamic parameters
Respiratory and postural curves

 S1,S2両条件で、異常群により早い呼吸が観察された(p<0.05)。
健常群では、下肢に負荷をかけた状態でも呼吸周波に相違はみられなかった(S1:0.21 Hz,S2:0.22 Hz)が、異常群では有意に上昇した(p=0.01)。
arで示される横隔膜の呼吸運動による高さの差はS1,S2両条件で有意差がみられた(p<-0.001)。
健常群では、下肢に負荷をかけた状態でも呼吸周波に相違はみられなかったので、arにも変化はみられなかった(S1:1823mm2,S2:1928mm2)。

異常群では下肢に負荷を掛けた状態で運動の低下が観察された( S 1 :870mm2,S2:540mm2)。
2条件間において有意差が検出された(p=0.004)。異常群との比較で、コントロール群ではS1で3倍、S2で6.5倍の運動が観察された。

 横隔膜の運動をmmで比較するためにrgiパラメータが用いられた(Fig. 5)。コントロール群に有意に大きな運動域が観察された(p<0.001)。加えて、計測により、横隔膜前部と比較し、後部により大きな運動がみられた。S1前後部比はコントロール群で2.2、異常群で4.2であった。

S2ではコントロール群で2.5、異常群2.3であり、異常群における前部の運動上昇及び後部の運動低下が観察された。

 姿位による可動域(ap)ではコントロール群により大きな可動がみられ(C1:380mm2S1,660mm2S2,C2:260mm2S1,
570mm2S2)、S1条件下で有意差が検出された(p=0.04)。
両被験者群で下肢負荷状態でpos-curveの上昇がみられたが、統計学的有意差は検出されなかった(p=0.27)。
rpr(res-curve,pos-curveのamplitude ratio)は横隔膜運動のどのタイプが有意性を持つかを表す。このパラメータが1より大
きければ、姿位の運動が呼吸運動より大きいことを示し、小さければその逆である。

異常群S2条件における可動域は呼吸、姿位ともに同様な分布であり(rpr0.95,それぞれ50%)、コントロール群では、S1,S2で同様な姿位運動と呼吸運動の比率がみられた(姿位23%、呼吸77%)。

Diaphragm motion harmonicity and central moments

 dif-curveパラメータで最も重要な要素はp3より反映される調和である。横隔膜の運動をコントロールできなくなると、dif-curveその典型的な形状から脱し、3つの大きなスペクトルラインも信号低下により維持できなくなる。

コントロール群では、2 条件においてほぼ同様な調和が観察された(S1:46.7%,S2:46%)。
異常群では、有意な比率低下が検出された(p<10-7,S1:29.7%,S2:25.5%)。異常群のp3の値減少率はより高いことを検出した(p=0.002)。

 傾斜(γDC)はdif-curve周囲の平均値の中央化を示す。
このパラメータは、被験者の吸気時あるいは呼気時どちらに長く横隔膜が維持したかのかを表す。
調和がとれた呼吸では傾斜はゼロであり、吸気時に長く維持したらポジティブ傾斜、呼気時に維持したらネガティブ傾斜として示される。

S1条件ではコントロール群、異常群ともにネガティブ傾斜であった(C1:-0.11,C2:-0.65)。
しかし、コントロール群でばらつきが大きく、6人にポジティブ傾斜がみられた。
異常群では1人を除く全員にネガティブ傾斜がみられた(p<0.001)。

S2条件の平均傾斜は、C1:-0.13,C2:-0.57であったが、異常群でパラメータの大きなばらつきを検出した。
その原因は、姿位の横隔膜運動による影響である。C1,C2間で有意差がみられた(p=0.02)。
下肢負荷時では被験者群間に有意差はみられなかった(p=0.87)。

 尖度(βCD)は横隔膜運動のstudy controlに使用できる。調和のとれた運動ではより低い尖度を示す。
S1条件ではコントロール群に異常群(2.23)との比較でより低い尖度がみられた(1.92)
(p=0.03)。S2条件では、コントロール群で1.67、異常群で2.89であり、群間比較において有意差が示された(p=3・10-6)。



つづく





慢性腰痛患者の横隔膜機能に関する研究内容 3

Data Acquisition

健常群:open Siemens MRI, 0.23 T with NUMARIS/4 sygno MRI 2004A software sequence; 18 s, 77 images, projection plane; sagittal, 33 mm
true FISP dynamic sequence; 1 NSA, matrix
240×256 pixels, TR 4.48 ms, TE 2.24 ms, FA
90, TSE1, FOV 328 mm

異常群:GE SIGNA HDx MRI, 1.5 T with 14-M5A
software
sequence;22.2s,60images, projection plane;
sagittal, 15 mm
GE FIESTA Cine dynamic sequence; 1NSA,
matrix 256×256 pixels, TR 3.1 ms, TE 1.3
ms, FA 55, FOV 420 mm

3個のシリンジ(20mlの水入り)を各被験者の右側皮膚上に置いた;1.鎖骨中心線上頸静脈切痕部、2.第10肋骨下部
前面、3.背面胸腰椎境界部(例:Fig.1)

photo3


MRI processing

 横隔膜活動を調べるためにすべての画像のdifferential curve(dif-curve)を算出した。最初に、横隔膜最下部と実際の位置(t-th)とのスペースをdifferential area (at)とした(Fig.1)。横隔膜最下部を含む画像をbackground pictureと呼ぶ。
次に、撮像時間によるatをmm2として計測し、それをdif-curveとした。従って、dif-curveは肺活量計測と同様な積分量であり、横隔膜の可動として捉えられる。
atの算出法をFig.2A-Cに示す。また、典型的なdif-curveをFig.3,4に示す。


Extraction of respiratory and postural movements from
the dif-curve

photo4


 デジタル収集された信号を、振幅、フェイズ調和振動数の平均として表した。
典型的dif-curveスペクトルをFig.3に示す。
スペクトルの各ピークは一つの調和要素である。
横隔膜がある一定量での呼吸のみに作用するならば、呼吸頻度に相当する単純なスペクトルが形成されるであろう。横隔膜の運動はより複雑で呼吸外の動きがしばしば含まれる。
しかし、この呼吸時の調和性はdif-curveには有用的である。

 我々は、横隔膜の呼吸時と呼吸外の運動を2 曲線で表すこととした。
これらの曲線はフーリエ変換により抽出された(Fig.3A,B)。
original dif-curveを実線で示した。呼吸モデルをrespiratory curve(res-curve)と呼び、呼吸外モデルをpostural curve (pos-curve)と呼ぶ。
res-curveは呼吸時の運動を反映し、pos-curveは姿位における運動範囲を反映する(Fig.3)。
Fig. 3A,Cに通常の呼吸運動をする被験者のdif-curveと呼吸との関連を示す。対応するグラフでは一つの顕著なピーク
(red dot)があり、それは被験者の呼吸を示す。
呼吸時の横隔膜の動きは他の動きによっても影響を受け、呼吸ピークの他により小さなピークを発生させる。

photo5


それらの小さなピークが横隔膜の運動を示している。Fig.3B,Dに非日常的な呼吸時の複雑化したdif-curveを示す。Fig.3Dでは呼吸による明瞭なピーク(red dot)が存在し、同様に、他の小さなピークは横隔膜の運動を示している。

しかし、このグラフでは、より大きな横隔膜運動ピークが観察される。
3つの典型的なdif-curveと対応する呼吸、姿勢モデルのS1,S2両条件をFig.4に示す。グラフでは、被験者#11の明瞭な呼吸機能(A)と姿位による大きな動き(B,S2)が観察される。被験者#25(in E,F)は、撮像時最初の6秒間無呼吸状態で、その後徐々に通常呼吸に戻った。
被験者#24(C,D)ではS2条件下で殆ど無呼吸状態であったため、この被験者のデータは統計解析から除外した。

MR Parameters Extraction

MR画像における横隔膜活動を基に2セットのパラメータを検出した:dif-curveを基準としたDynamic parameter。

Dynamic parameter検出の目的は、横隔膜運動のどの部分が呼吸と関連し、また、呼吸外運動の有意性を調べることである。

・res-curveのfrequency:fr, amplitude: ar
・pos-curveのamplitude:ap
・res-curve, pos-curveのamplitude ratio:rpr = ap/ar
・横隔膜運動範囲の計測:3点での計測(mm)(rg1,2,3 in Fig 5)
・エネルギー比率:3点の最大スペクトルライン;p3.
・dif-curveのSD:δDC,傾き及び尖度:γDC及びβDC.
Static parameterは、横隔膜の形状と位置を示し、横隔膜の解剖学的特徴を抽出するために下記の項目を検出した。
・矢状面における横隔膜の傾斜
・傾斜と平行な横隔膜輪郭の重複している部位の高さ
・上下間隔にはrg3とシリンジを使用した。このパラメータは胸腔内横隔膜の高さを意味する(Fig.8)。

つづく





慢性腰痛患者の横隔膜機能に関する研究内容 2

Material and Methods

Subjects groups

C 1 : 病理的要因を有さない者;コントロール群- n = 1 6 ,
11women,5men,ID#1-16

C 2 : 腰椎部に構造上病理的異常を有する者; 異常群
-n=17,8women,9men,ID#17-33


photo1


両群とも被験者は呼吸器疾患を有さない者で構成されている。

異常群被験者の腰椎部異常は過去のMR画像により確認された。
本研究では、腰椎部の先天性構造異常及び外傷性欠損を有する者は除外した。

異常群被験者の慢性腰痛は1年以上の罹患期間を条件とした。
各被験者の脊柱病理的異常に関する情報をtable2に示す。
急性疼痛は異常群の条件ではなく、主な条件はtable3で示す脊柱異常である。

 被験者グループ内年齢差をpaired t-testで評価し、その結果、統計学的有意差なし(p=0.08)と確認された。Kolmogorov-Smirnov testにおいても被験者グループ内年齢の標準化が確認された(pc1=0.89,pc2=0.55)。

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Study settings

横隔膜活動を以下の2条件で評価した。
・S1:仰臥位、tidal breathing
・S2:仰臥位、tidal breathing、下肢遠位部への股関節屈曲に対する伸展負荷有り
下肢への負荷はJandaの筋力テストグレード4を適用した。
この負荷時に被験者の疼痛が悪化しないことを確認した。


つづく





慢性腰痛患者の横隔膜機能に関する研究内容 1

 今回紹介する論文は、チェコのプラハ大学人工頭脳工学分野の研究グループによるものであり、我々カイロプラクターが多く対処している慢性腰痛患者の横隔膜機能に関する研究内容である。

中では、横隔膜の呼吸運動のみならず、姿勢安定機能に関する内容も報告されており、我々にとっても大変興味深いものではないかと思われる。


ABSTRACT

 本研究は、MRIを用いて横隔膜機能の位置解析を実施したも
のであり、主な目的は、身体の姿位による横隔膜の運動、形状の
変化を評価することである。

16人の健常被験者と17人の脊柱の構造的異常を伴う慢性腰痛(LBP)を持つ被験者との比較を行った。

MRI記録から2セットのパラメータが算出された(横隔膜活動の動態パラメータ及び解剖学的な静態パラメータ)。
統計解析により、コントロール群被験者の横隔膜のスローな運動、
より大きさサイズ、より良いバランスが観察された。

下肢に負荷をかけると、殆どの腰痛被験者は、呼吸時の横隔膜機能を維持することができなかった。
コントロール群では両パラメータともに安定していた。

本研究結果では、腰痛被験者群のより悪い筋強調性が示された。脊柱異常と腰痛との明瞭な関連は未だ決定できないが、多くの文献によりその関連は示唆されている。

今後、深部筋の補正に関する機序解明が望まれる。


INTRODUCTION

 横隔膜及び深部姿勢安定筋は、動態脊柱安定のための重要な
機能ユニットである。
横隔膜は体幹可動時の腹圧の変化時の腰椎部安定に機能する。横隔膜の安定機能を維持させるためには下位肋骨が呼気時の状態(下がっている状態)でなければならない。

呼吸サイクルにおいて下位肋骨はこの呼気時の状態に位置していなければならず、吸気時には側方へ拡張するだけであり、この呼吸時の下位肋骨の運動が脊柱を安定させる要因の一つである。

これらの状況下で呼吸時の横隔膜の運動は円滑に行われ、腹圧を維持している。

 横隔膜、腹筋群、骨盤底筋群、腰背部深部筋群の協調異常は、
椎骨起因性疾患や椎間板ヘルニア、脊椎症、脊椎関節症など構
造的脊椎異常の主な原因である。

横隔膜機能のコントロールは、肺臓学、呼吸器外科、リハビリテーション、消化器病態学など多領域において重要な項目である。

しかし、腰椎安定システムにおける横隔膜活動を調べた研究は存在しない。従来行われている研究目的は呼吸時の横隔膜機能を調べるものであり、姿勢機能に着目した研究は稀である。

 姿勢安定化に関する横隔膜活動の研究では、Hodgeらによる上肢可動時の筋電図計測を用いた報告が存在する。

その他、呼吸タイプによる横隔膜活動や呼吸を停止した状態での評価した研究も存在するが、全て健常被験者でのもので、呼吸器疾患や脊椎起因性疾患を有する被験者の評価ではない。

Relation of structural spine findings and LBP
 腰痛の原因と脊柱異常との関連はいくつかの研究課題となっており、現在もそれは継続している。

Harrisらの椎間板研究、JensenらのMRIを用いた構造変化と腰痛との関係を調べた報告(被験者123人)など存在するが、JensenらとCarrageeら(被験者200人)はMRI上での構造異常と腰痛との直接的関係はないと報告している。

 呼吸器疾患は他の要因より確かな腰痛の前兆であるとの報告があるが、呼吸機能と姿勢機能との関連は一般的に軽視されている。

姿勢安定筋群の協調性は複雑であり、この協調における横隔膜の役割はいまだ研究されていない。

 本研究では、MRIを用いて横隔膜の呼吸外機能を報告する。
メインゴールとして、横隔膜の姿勢安定における作用を評価する。
被験者は健常者群と1年以上の慢性腰痛、脊柱構造的異常を有
する被験者群で実施した。我々の知るところでは、病理的要因を有するケースでの横隔膜姿勢機能を調べる研究は存在しない。

 我々は、下肢に負荷をかけた状態でのtidal breathingと通常呼吸時の横隔膜の反応及び動きを観察した。
その中で、呼吸時及び姿位変化による横隔膜の動きの調和性、頻度、可動域を評価した。(tidal breathing=Cheyne-Strokes respiration: 比較的規則的に浅呼吸から深呼吸となり再度浅呼吸となって無呼吸気に移行する周期性呼吸)

 その他、横隔膜の傾斜、高さ、腹腔内の位置についても評価した。
それらパラメータの健常群と異常群との相違の統計検定を実施した。
本研究結果は姿勢安定システムにおける横隔膜機能の一助となるであろう。


つづく





8月25日 夏季臨床セミナー報告

臨床現場で役立つ鑑別診断(頚部編)

 

講師 : 佐藤 智子D.C.


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 去る8月25日(日)、日本カイロプラクティックドクター専門学院東京校に於いて佐藤智子D.C.による「臨床現場で役立つ鑑別診断(頚部編)」が開催されました。

カイロプラクティックを学ぶ学生及び出席者にとって、いかにして診断を行うかという事は大変重要なポイントであり、また永遠のテーマでもあります。

 今回はプロジェクターを使って各プロセスについて佐藤D.C.に細かく説明頂き、あらゆる角度から講義を頂きました。大変有意義な時間を共有する事が出来ました。



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 今後益々増加していくストレス社会の中で、カイロプラクティックに対する期待は高まっていく事が容易に予想されます。

 治療家を目指す学生及び出席者にとって本当に良い夏休みの一日になったのではないでしょうか? 
またそうした真剣な姿を見て、組合認定校として未来の治療家の育成に更なる努力を重ねていく決意を致しました。

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