臨床実践における体組成と神経筋パフォーマンスの総合評価

サマリー

このプロトコルは、体組成と神経筋パフォーマンスを組み合わせて評価し、筋肉量と機能のバイオマーカーを取得し、アスリートのトレーニング状況や患者の健康状態を特徴づける方法を記述します。

要約

体組成と神経筋パフォーマンスの評価は、アスリートや多様な患者集団の臨床管理において貴重な情報を提供します。このプロトコルは、多周波数の生体電気インピーダンス解析装置と力解析装置を組み合わせて、筋肉量と機能のバイオマーカーを取得する方法を説明しています。生体電気インピーダンス分析装置は、選択周波数の交流電流に対する体のインピーダンスを測定し、体組成パラメータの推定を可能にします。力分析装置は、座って立つ動作中に垂直方向に加わる力を検出し、単一、二回、三回の椅子立つテストを含め、神経筋のパフォーマンス評価を可能にします。両アセスメントは実施が簡単で非侵襲的で、自動生成レポートを通じて迅速に結果を提供できます。体組成と神経筋パフォーマンスの統合分析は、臨床集団におけるアスリートの身体パフォーマンスや機能的・健康状態を特徴づける実践的なアプローチを提供します。このプロトコルは定期的なモニタリングを促進し、個別のトレーニング、リハビリテーション、臨床管理戦略やアウトカムの支援に役立ちます。

概要

サルコニアとは、骨格筋の質量と機能の喪失(加齢過程または基礎疾患に起因する)であり、特に高齢者において健康状態に大きな影響を与えることを指します(^1,2,3)。病態生理学的観点から見ると、肉減少症は慢性的に(より頻繁に)または急性(例:固定中)に発症する器官不全とみなされ、神経および筋肉の適応の組み合わせによって生じます。神経適応は神経障害的プロセスに伴い、運動単位の神経支配喪失と高速運動単位の優先喪失を引き起こします。筋肉の適応には筋繊維数の減少(低形成)やサイズの減少(萎縮)があり、特に遅い筋繊維よりも萎縮しやすい速筋線維に影響を及ぼします。最近、いくつかの国際的な団体によって肉減少症の運用的定義が提案されており、骨格筋量の低下は症候群ではなく徴候として扱うべきだと強調されています。すべての国際団体によると、X線コンピュータ断層撮影や磁気共鳴画像法は骨格筋の推定基準(例えば、太ももの中部や腰部筋の断面積の評価を通じて)と見なされることがありますが、臨床現場での利用は時間がかかり高度な訓練を受けた人員を必要とし、また高コストかつ侵^{襲性が高い}ため、臨床現場での利用は限られています^。5、6。一方で、生体電気インピーダンス解析(BIA)は、臨床現場で採用できる、安価で安全かつ簡単な技術であり、脂肪のない質量(すなわち体のすべての非脂肪成分)や^{筋肉量7,8,9}の推定に利用できます。BIAは脂肪ゼロ量や筋肉量を直接測定するのではなく、体の電気伝導率と予測方程式の用いに基づき、四肢の脂肪ゼロ量(すなわち四肢の瘦体重と骨ミネラルを含む)と筋肉量の推定値を導出します。

すべての国際グループは、肉減少症の診断には低筋量と^低筋機能の併検出が必要であると一致^{しました。}一貫して、患者の視点から関連する肉減少症の臨床的特徴には、筋機能障害による移動障害、日常生活の活動ができなくなること、転倒リスクの増加、疲労感、生活の質の低下が含まれます。筋肉機能の評価は通常、臨床現場で手握力テスト^10、11および/またはチェアスタンドテスト¹²を通じて行われます。後者のテストには一般的に採用される2つのバリエーションがあります。5回椅子立てテスト¹³と、時間制限付き椅子立てテスト¹⁴です。それぞれ、椅子から5回立ち上がるのに必要な時間と、被験者が30秒間に椅子に座って立ち上がれる回数を測定します。さらに、力発生率の評価は、座って立つ動作などの急激な随意収縮時の爆発力の特性評価に人気が高まっています。これは力と速度の生成要素の両方に影響を与えます。最大筋力と比較して、力発生速度は機能活動により関連しやすく、神経筋機能の急性および慢性の変化をより敏感に検出します¹⁵.一貫して、椅子立てテスト中に発生する爆発的動きにおける地面反作用力パラメータの測定は、古典的な5^{倍試験と比較して}下肢の動的強度をより正確に評価できることが判明しており、爆発力とバランスの複合評価は落下や運動障害のリスク評価に効果的であることが判明しています^。18歳。したがって、体組成と神経筋性能の統合評価(虫垂筋量と爆発力の定量化)は、肉減少症や神経筋疾患の虚弱な患者の臨床実践において有用です。

このプロトコルの目的は、多周波数生体電気インピーダンス解析および力に基づく座立試験を用いて体組成と神経筋性能を評価する手順を記述することです。この複合アプローチは、筋肉量と機能の迅速かつ非侵襲的な評価が必要な臨床医学およびスポーツ医学の場を対象としています。

プロトコル

人間の参加者を含むすべての手続きは、機関委員会の倫理基準およびヘルシンキ宣言に従って実施されました。研究プロトコルはトリノ大学倫理委員会(プロトコル番号115311/2024)およびトリノ準州倫理委員会(プロトコル番号223/2026)によって承認されました。参加前に全参加者から書面によるインフォームドコンセントが取得されました。

1. 科目準備

1. 被験者に下着だけを着用し、靴下と靴を脱ぐよう求めます。

2. 生体電気インピーダンス解析を用いた体組成評価

1. 対象者登録
   1. スタディオメーターを使って被写体の身長(0.5cmまで)を測定します。
   2. デスクトップのソフトウェアアイコンをダブルクリックするとアプリが起動します。
   3. 主体登録セクションに移動します。
   4. 「 Add + 」をクリックすると新しい科目プロフィールを作成できます。
   5. 対象者の性別、姓、名字、生年月日などの個人情報を入力してください。連絡先情報(住所、郵便番号、国、メールアドレス、電話番号、携帯電話番号)を入力し、 保存 をクリックします(補足図1参照)。
   6. 「 ホーム画面へ移動」をクリックし、右端のボタンをクリックして先に進みます。
   7. 分析をクリックすると評価設定に進みます。
   8. 体型を選択してください(スタンダード または アスリート: 運動が座りがちまたはレクリエーション活動的な被験者は標準タイプを選択し、週に12時間以上の運動を行うか、定期的な競技を伴う組織的なチームや個人スポーツに参加し体系的なトレーニングが必要な場合はアスレチックタイプを選択してください)。被験者の身長と服装の体重を入力し、「 分析開始」をクリックします。
2. 体組成データの取得
   1. 被験者にデバイスに乗って画面上の指示に従うよう指示します。
   2. 測定中は被験者に手電極を(腕はリラックスしてまっすぐに伸ばしつつ、胴体からやや離して持つように)指示します。
   3. 測定が終わったら、被験者に手電極を返すよう指示し、装置から降りてください。
3. 体組成データの分析
   1. 自動生成される体組成レポートを確認してください。
   2. 無脂肪量、筋肉量、脂肪量、体脂肪率、基礎代謝率を記録し(図1、表1)、保存をクリックします。
      注:追加出力には、全身水、細胞外水、細胞内水、全身および節間筋量、全身および節間位相角、抵抗、リアクタンス、肉減少症指数の値が含まれます。
   3. レポートを印刷( 印刷 ボタンから)または結果を共有する( 共有ボタンから )してください。

3. 神経筋パフォーマンス評価

1. 対象者登録
   1. スタディオメーターを使って被写体の身長を測る。
   2. ソフトウェアを開き、アプリケーションウィンドウをクリックします。
   3. パスワードを入力して「 次」をクリックします。
   4. 「筋肉機能」をクリックしてから「登録」をクリックしてください。
   5. 必要な情報(名前、生年月日、性別、体重、身長、体型)を入力してください(標準またはアスリート:座りがちまたはレクリエーション活動を行う場合は標準タイプを選択し、週に12時間以上の運動を行うか、定期的な競技を伴う組織的なチームまたは個人スポーツに参加し体系的なトレーニングが必要な場合はアスレチックタイプを選択してください)(補足図2参照)。
   6. 「登録」 をクリックして測定を開始してください。
2. 神経筋パフォーマンスデータの取得
   1. 被験者に両足をプラットフォームの2枚の金属板の上に置くよう求めます(図2A)。
   2. 座って立つ繰り返し回数(1回、2回、または3回)を選び、「 開始測定」をクリックします。
   3. 被験者に腕を胸の前で組み、膝を約70度まで曲げて直立して座るよう指示します。
   4. 被験者に指示があればできるだけ早く立ち上がるよう指示します(図2B)、システムから指示があれば座るように指示します。
   5. 測定終了を示す音声メッセージがテスト終了を示したら、被験者に検査完了を伝えます。
   6. セッションを閉じるには 「戻る」「 終了」「 印刷」 をクリックしてください。
3. 神経筋パフォーマンスデータの解析
   1. 自動生成されたレポートを確認してください。
   2. 脚の筋力、立ち速度、安定性の値を記録します(図2C)。
      注:ソフトウェアは脚の筋力を弱い、平均、強いと分類します。立ち速度は遅い、平均、速い、安定性は不安定、安定、非常に安定しています。
   3. 筋力と安定性のTスコアグラフを確認し、全体的な神経筋パフォーマンスを評価してください。
   4. レポートを印刷してください( 印刷ボタン から)。

結果

生体電気インピーダンス解析直後、アナライザーのソフトウェア(システム#1)が、独自アルゴリズムを用いて生成される体組成の推定値(無脂肪量、筋肉量、脂肪量、体脂肪率、基礎代謝率)を提供します(図1、表1)。さらに、システムは全身水(TBW)、細胞外水(ECW)、細胞内水(ICW)、およびECW/TBW比率の推定値も提供しています(図1)。また、上肢と下肢の全身筋量および節筋量値を得られ、上肢と下肢の筋肉量を身長の二乗で正規化したサルコペニア指数を計算できます。男性で肉減少指数が7.26 kg/m^未満、女性で5.5 kg/^m2未満は低筋量を示しています^19,20。さらに、50 kHzでの全体およびセグメント位相角の値、複数の周波数での抵抗およびリアクタンスの測定値も提供されます。これらの生体電気パラメータは、細胞外と細胞内水分の関係を含む体組成や水分状態の追加指標を導き出し、筋肉の質や^{細胞の健康}に関するさらなる洞察をもたらす可能性があります。実際、複数周波数で得られる全体およびセグメント抵抗およびリアクタンス値は、R5 / [(R5 × R250)/(R5 − R250)]²¹の式に従って細胞外水と細胞内水(ECW/ICW)抵抗比を計算するために用いられます。ここでR5とR250はそれぞれ5 kHzと250 kHzで測定された抵抗値を表します。

座って立つテストが終わるとすぐに、神経筋パフォーマンスアナライザー(システム#2)のソフトウェアが独自のアルゴリズム(図2C)を使って3つの変数を生成します:(i) 脚の筋力(座って立つ動作中に生じる力と定義され、最大負荷を体重で割った値);(ii) 立っている速度、すなわち座って立つ動作の速度と定義され、単位時間あたりの最大負荷増加量を体重で割って計算されます。そして(iii) 安定性:立っているときの体の動きの度合いと姿勢の揺れが止まるまでの時間を合わせた指標です。安定性は年齢および性別が一致した集団の参照データに基づくTスコアとして報告されます。これらの出力は、脚の筋力に関して被験者を弱い、平均的、強いと分類するために用いられます。スタンディング速度は遅い、平均、速い;そして不安定、安定、または非常に安定している。さらに、ソフトウェアは全体的な強さと安定性を低いか高いかに分類する筋力–安定性のTスコアグラフ(図2C)を提供します。

表2は、4人の代表的な男性被験者から得られた体組成および神経筋パフォーマンスの変数をまとめたものである:アスリート(31歳)、座りがちな健康な被験者(51歳)、肥満者(59歳)、パーキンソン病患者(60歳)である。データは4人の被験者にわたり異なる生理学的および機能的プロファイルを示しています。アスリートと座りがちな被験者は正常な体重を示しましたが、肥満の人はクラスIIの肥満、パーキンソン病の患者は低体重でした。TBW/体重比で評価される水分補給状態は、アスリート、座りがちな被験者、パーキンソン病患者で期待範囲内(50%–65%)に収まったのに対し、肥満の方では低い値が観察されました。肉減少指数はアスリート、座りがちな被験者、肥満の人で正常範囲内でしたが、パーキンソン病患者では減少し(7.15 kg/m^²)、50kHzでの全身位相角の最高値と最低値は、それぞれアスリートと肥満の人で観察されました。同様に、全身のECW/ICW抵抗比はアスリートと肥満者で最高・最低、パーキンソン病患者では下肢のECW/ICW抵抗比が最高・最低で観察されました。神経筋パフォーマンス分析では、アスリートと座りがちな被験者は強く、速く、非常に安定していると分類されました。対照的に、肥満の人は弱く、遅く、非常に安定していると分類され、パーキンソン病の患者は弱く、平均的、非常に安定していると分類されました。

体組成と神経筋パフォーマンスの総合評価により、4つの代表対象者間で異なる生理学的プロファイルが明らかになりました。アスリートおよび座りがちな被験者は筋量および神経筋のパフォーマンスに正常を示した一方で、パーキンソン病患者は筋肉量減少と筋力パラメータの障害を示し、肉減少症プロファイルに一致しました。これらの発見は、統合評価を用いて異なる臨床的および機能的状態を持つ個人の筋肉量と機能を特徴づける方法を示しています。

図1:健康な男性被験者から得られた代表的な生体電気インピーダンス解析報告。 報告書には、体組成変数(体重、体脂肪率、体脂肪量、脂肪ゼロ量、筋肉量、内臓脂肪レベル、体格指数、骨格筋量、代謝年齢)や、体中の水分変数(総体水、細胞外水、細胞内水、細胞外水と総体水の比率)が含まれています。略語:BMI = ボディマス指数;ECW = 細胞外水;ICW = 細胞内水;TBW = 総体水。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。

図2:代表的な神経筋パフォーマンス評価およびソフトウェア生成レポート。 (A) 神経筋パフォーマンス分析装置(システム#2)で、テスト中に使用された金属製足置きプレート(アスタリスク)を表示します。(B)評価中に行われた代表的な座り立つ動き。(C) 図1に示す同じ健康な男性被験者に対してソフトウェアが生成した代表的な神経筋パフォーマンスレポート。 レポートには、脚の筋力、立ち速度、安定性指数、筋力・安定性分類図および過去の傾向グラフが含まれています。この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。

システム#1のソフトウェアからダウンロード可能な拡張測定セット	体重(単位:kg)
	体脂肪率
	脂肪量(単位:kg)
	脂肪分離質量(単位:kg)
	筋量(単位:kg)
	骨量(単位:kg)
	全身の総水分(単位:kg)
	細胞外水(単位:kg)
	細胞内水(単位:kg)
	細胞外水分と全身水分の比率
	体格指数(単位:kg/m²)
	代謝(測定単位:kcalおよびkJ)
	節(左腕・右腕、左脚・右脚、胴体)脂肪量(単位:kg)
	分節(左腕と右腕、左脚と右脚、胴体)筋肉量(単位:kg)
	脂肪分離質量指数(測定単位:kg/m²)
	肉減少指数(測定単位:kg/m²)
	50 kHz(測定単位:°)で得られる全身およびセグメント(左腕・右腕)位相角
	異なる周波数で得られる抵抗値およびリアクタンス値(単位:Ω)
システム#2のソフトウェアからダウンロード可能な拡張測定セット	体重(単位:kg)
	脚の筋力(F/w):体重正規化されたピーク力(地面反作用力)が立っているまで(単位:kgf/kg)
	力発生率(RFD/w):体重正規化された力増加率(測定単位:kgf/s/kg)
	安定時間:荷重が最大値を記録し、安定するまでの時間(単位:s)
	横方向の揺れ(Vx):立ち上がる動作中の重心の左右方向の移動速度の絶対値(単位:mm/s)
	荷重変動(Vw):立ち上がる動作中の垂直荷重移動速度の絶対値(単位:kg/s)
	最大左荷重比:立ったときに左側にかかる力の度合い(%で表されます)
	最大右荷重比:立ったときに右側にかかる力の度合い(%で表されます)

表1:体組成分析装置(システム#1)および神経筋パフォーマンス分析装置(システム#2)が提供する体組成および神経筋パフォーマンス変数。 この表は、ソフトウェア生成レポートからエクスポート可能なすべての変数をまとめたものです。

変数			アスリート	座りがちな被験者	肥満の人	パーキソン病の患者
体格指数(kg/m²)			24.2	23.5	38.9	17.7
体中の総水分(l)			46.6	42.5	51.2	36.5
全身の総水分/体重(%)			61.4	57.0	47.8	65.0
細胞外水分/全身水分比(%)			40.1	43.1	43.2	43.6
脂肪フリー質量(kg)			68.2	61.7	67.9	53.7
筋肉量(kg)			64.8	58.6	64.5	51
肉減少指数(kg/m2)			9.8	8.3	10.8	7.15
50 kHz(°)周波数における全天体の位相角			7.3	5.7	5.3	5.4
全身細胞外水圧比			0.36	0.26	0.24	0.25
下肢細胞外と細胞内水の抵抗比率			0.32	0.24	0.21	0.20
脚の筋力(F/w: kgf/kg)			1.79	1.62	1.31	1.38
力の発生率(RFD/w: kgf/s/kg)			16.6	14.4	9.2	11.2
揺れ(安定性)Tスコア			60	59	59	57

表2:臨床的および機能的特徴が異なる4人の男性被験者から得られた代表的な体組成および神経筋パフォーマンス変数。 アスリート、座りがちな健康な被験者、肥満の人、パーキンソン病患者のデータが報告され、複合評価プロトコルの適用例を示します。

補足図1:体組成評価のための被験者登録インターフェース(システム#1)。 生体電気インピーダンス解析前に参加者の人口統計および連絡先情報を入力するためのソフトウェア登録ウィンドウのスクリーンショット。このファイルをダウンロードするには、こちらをクリックしてください。

補足図2:神経筋パフォーマンス評価のための被験者登録インターフェース(システム#2)。 座って立つ神経筋パフォーマンス評価前に参加者情報を入力するためのソフトウェア登録ウィンドウのスクリーンショット。このファイルをダウンロードするには、こちらをクリックしてください。

ディスカッション

市販のシステムは、このプロトコルで説明された評価を可能にします。これらのソリューションは非侵襲的で使いやすく、調査も簡単で迅速かつ安価です。しかし、上記の解、手順、パラメータにはいくつかの限界があり、強調に値します。まず、本研究で使用された多周波生体電気インピーダンス分析装置は、そのサイズ(124 cm × 45 cm × 74 cm)と重量(33 kg)のため携帯性が不十分です。次に、BIAおよびチェアスタンドテストは、立った姿勢を取って維持できる被験者にのみ実施可能です。したがって、これらの検査は重度の運動障害を呈する神経学的または重篤な患者には実施できません。さらに、BIAでは被験者が手電極を持つことを求めます。この作業は、振戦や上肢障害(例:脳卒中後の運動障害)を持つ患者にとって困難(あるいは不可能)となることがあります。しかし、BIAは重度の運動障害を呈する患者に対しても、接着電極を用いた仰臥(すなわちベッドサイド)測定用の市販機器を用いて実施^{可能です。}第三に、体組成パラメータはデバイス固有の独自アルゴリズムを用いて取得されます。したがって、分析上のばらつきがあるため、異なるデバイスと得られたデータを比較することは困難です。しかし、抵抗やリアクタンスの生の測定と交差検証された方程式を用いることで、この制約を少なくとも部分的に克服できます。異なるデバイスで得られるデータを比較する別の方法は、位相角やECW/ICW抵抗比などの生の測定値を使用することです。前者は膜の完全性の代理変数^22,23、後者の変数は細胞の水和の代理指標21,24,25です。一貫して、最近のいくつかの研究では、位相角26,27,28,29およびECW/ICWの抵抗比21,24,25が高齢者の筋肉機能の有用な指標であり、障害や死亡率の予測にも有用であることが示されています(^25,30)。.2人の患者で観察された位相角の低い値は、2人の健康な被験者と比較して、年齢や疾患に伴う細胞健康の変化に関連している可能性があります^22,23。2人の患者で観察されたECW/ICW耐性比の低い値は、2人の健康な被験者と比較して、ECWの年齢関連および/または疾患関連の相対的拡大(その結果ECW耐性の減少)および/またはICWの減少(結果としてICW耐性の増加)に関連している可能性があります^21,24。

これらの制約にもかかわらず、体組成と神経筋パフォーマンスの複合評価は、臨床およびスポーツ医学の場で筋量と機能を評価するための実用的かつ非侵襲的なアプローチを提供します。体組成変数と筋力、立ち速度、安定性の指標を統合することで、単独の評価よりも機能状態をより包括的に特徴づける可能性があります。したがって、このアプローチはアスリートや患者のモニタリングを支援し、筋機能障害や肉減少症のリスクのある個人を特定するのに役立ちます。

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
システム＃1
多周波インピーダンス分析装置	タニタ株式会社、東京都、日本	MC-980-MA-N	「システム＃1」と原稿で
Mobee® 360 - タニタプロ	SportMed SA、ルクセンブルク、エヒタナハ	バージョン 4.6.0	「システム＃1のソフトウェア」と原稿で
システム＃2
筋機能モニター	タニタ株式会社、東京都、日本	zaRitz BM-220	「システム＃2」と原稿で
筋機能モニターソフトウェア	タニタ株式会社、東京都、日本	バージョン 1.7.3	「システム＃2のソフトウェア」と原稿で