機能的電気刺激
脊髄損傷編
脊髄が損傷すると、脳と筋肉の間の電気信号が阻害され、損傷したレベル以下の麻痺が生じます。 FESの主な用途は、四肢機能の回復や臓器機能の調節ですが、痛みや圧迫感、痛みの予防などの治療にも使われます。 FESの応用例としては、下肢麻痺の人の歩行や起立、四肢麻痺の人の手の把持機能の回復、腸や膀胱の機能の回復などを可能にする神経人工器官の使用が挙げられる。 大腿四頭筋の高強度FESにより、完全な下部運動ニューロン病変を持つ患者は、筋肉量の増加、筋繊維径の増加、収縮物質の超微細組織の組織化の改善、電気刺激時の力出力の増加、FES補助による起立運動を行うことができます。
Walking in spinal cord injuryEdit
Kralj氏らは、表面刺激を用いた下半身麻痺者の歩行のための技術を説明しましたが、これは現在でも最もよく使われている方法です。 電極は両側の大腿四頭筋と腓骨神経の上に置かれます。 ユーザーは、歩行器の左右のハンドルに取り付けられた2つの押しボタン、または杖や松葉杖を使って神経プロテーゼを操作する。 ニューロプロテーゼの電源を入れると、両大腿四頭筋が刺激され、起立した姿勢をとることができます。 電極は両側の大腿四頭筋と腓骨神経の上に配置されています。 ユーザーは、ウォーキングフレームの左右のハンドルに取り付けられた2つの押しボタン、または杖や松葉杖を使ってニューロプロテーゼを操作する。
Kralj氏のアプローチは、Graupe氏らによって拡張されました。 その結果、米国特許5,014,705（1991年）、5,016,636（1991年）、5,070,873（1991年）、5,081,989（1992年）、5,092,329（1992年）および関連する外国特許に基づいて、パラステップFESシステムが開発されました。
パラステップは、デジタル設計により、刺激パルス幅（100-140マイクロ秒）とパルスレート（12-24/秒）を大幅に減少させることで、患者の疲労度を大幅に低減し、歩行時間を短縮することができました。その結果、十分な訓練を受けた胸椎レベルの完全麻痺患者が毎日のトレッドミルセッションを含むトレーニングを完了した場合、歩行時間は20～60分、平均歩行距離は450メートルとなり、中には1マイルを超える患者もいます。 また、パレステップベースのウォーキングは、下肢の血流がほぼ正常に回復し、骨密度の低下が抑えられるなど、医学的、心理学的にもメリットがあることが報告されています。
パラステップの歩行性能は、厳しい上半身のコンディショニングトレーニングと、30分以上のトレッドミルトレーニングを含む1日1～2時間のトレーニングプログラムを3～5ヶ月間継続することに大きく依存します。 歩行用FESシステムは、脳卒中や脊髄損傷者の自発的な歩行を回復させるために使用される8〜16チャンネルの表面FESシステムである。 このシステムは、腓骨神経を刺激して歩行を可能にするのではない。 その代わりに、脳が運動を可能にするために使用するのと同様の順序で、関連するすべての下肢筋を活性化する。 ハイブリッドアシストシステム（HAS）とRGO歩行神経人工装具は、それぞれ能動的および受動的な装具を適用した装置である。 この装具は、起立や歩行時の安定性を高めるために導入された。 表面刺激に基づく歩行用神経prosthesesの大きな限界は、股関節屈筋を直接刺激できないことである。 そのため、歩行時の股関節の屈曲は、下半身麻痺ではしばしば見られない自発的な努力か、屈筋の引き抜き反射によって行われる必要があります。 インプラントシステムは、股関節屈筋を刺激することができるため、筋肉の選択性が高く、より良い歩行パターンが得られる可能性があるという利点があります。 この問題を解決するために、外骨格とのハイブリッドシステムも提案されている。
脳卒中と上肢の回復
脳卒中回復の急性期において、周期的な電気刺激の使用は手首伸展筋の等尺性筋力を増加させることが確認されています。 手関節伸筋の筋力を高めるためには、脳卒中後に手首の運動機能がある程度保たれていて、著しい片麻痺があることが必要です。 手首伸筋への周期的な電気刺激の効果が得られる患者は、治療を継続することに高いモチベーションを持っていなければならない。 8週間の電気刺激の後、握力の増加が明らかになります。 脳卒中後の上肢の障害レベルを評価する多くの尺度では、共通項目として握力が使われています。
脳卒中後の片麻痺患者は、肩の痛みや亜脱臼を経験することが多く、これらはいずれもリハビリテーションプロセスの妨げになります。
脳卒中後遺症の片麻痺患者では、肩の痛みや亜脱臼があり、リハビリテーションの妨げになっています。
Drop foot
Drop footは片麻痺によく見られる症状で、歩行の遊脚期に背屈ができず、短い歩幅で歩くことが特徴です。 FESを使用することで、歩行の遊脚期におけるドロップフットを効果的に補正できることが示されています。 歩行のヒールオフが起こる直前の瞬間に、刺激装置が総腓骨神経に刺激を与え、その結果、背屈を担当する筋肉が収縮するのである。 現在、ドロップフット刺激装置には、表面および埋め込み型のFES技術を用いたものが多数ある。
「装具効果」という言葉は、FESデバイスのスイッチを入れたときに、補助なしの歩行と比較してすぐに観察される機能の改善を表すために使われます。
「装具効果」という言葉は、FES装置を装着したときに、補助なしの歩行に比べてすぐに観察される機能改善を表すものです。 対照的に、「トレーニング」や「治療効果」は、装置の使用期間後の長期的な機能改善や回復を表すために使用され、装置のスイッチを切っても機能は維持される。 装具効果および長期的なトレーニングまたは治療効果を測定する際のさらなる複雑さは、いわゆる「一時的なキャリーオーバー効果」の存在である。 Libersonら（1961年）は、一部の脳卒中患者が一時的な機能改善の恩恵を受けているように見え、電気刺激がオフになった後も1時間までは足を背屈させることができることを初めて観察しました。 この一時的な機能改善は、長期的なトレーニングや治療効果につながっているのではないかという仮説が立てられました。
StrokeEdit
脱神経、筋萎縮、痙性の影響を受けている半身不随の脳卒中患者は、典型的には筋力低下と、適切な歩行段階で特定の足首や腰の筋肉を随意に収縮させることができないことによる異常な歩行パターンを経験します。 Libersonら（1961年）は、脳卒中患者にFESを導入した最初の人物である。 最近になって、この分野の研究が数多く行われるようになった。 2012年に行われた慢性脳卒中におけるFESの使用に関するシステマティックレビューでは、7つの無作為化対照試験が行われ、合計231名の参加者が参加した。
多発性硬化症
FESは、多発性硬化症の人の足の脱落にも有効であることがわかっています。 1977年にCarnstamらが腓骨への刺激で筋力アップが可能であることを報告したのが最初です。 より最近の研究では、FESの使用を運動群と比較して検討し、FES群には装具効果があったものの、歩行速度のトレーニング効果は見られなかったという。 同じ研究の全参加者を対象とした更なる質的分析では、FESを使用している人は運動と比較して日常生活動作の改善と転倒回数の減少が見られた。
さらに小規模（n=32）の縦断的な観察研究では、FESを使用することで有意なトレーニング効果があるという証拠が見つかりました。 最近行われた無作為化比較試験（n=32）では、片側痙性脳性麻痺の子どもに対して、装具とトレーニングに有意な効果が認められました。 腓腹筋の痙性、地域の移動性、バランス能力に改善が見られました。 障害を持つ子供の治療に電気刺激やFESを使用する分野の最近の包括的な文献レビューでは、ほとんどが脳性麻痺の子供に関する研究でした。 レビュー担当者は、この治療法が、筋肉量と筋力、痙攣、受動的可動域、上肢機能、歩行速度、足の位置、足首の運動学など、さまざまな分野を改善する可能性があるとまとめています。 さらに、このレビューでは、有害事象はまれであり、この技術はこの集団にとって安全で良好な忍容性があると結論づけています。 脳性麻痺の子供に対するFESの応用は、大人に対するものと同様である。
National Institute for Health and Care Excellence Guidelines (NICE) (UK)Edit
NICEは中枢神経由来の下垂足の治療に関する完全なガイドラインを発表しました(IPG278)。 NICEは、「中枢神経由来の下垂体に対する機能的電気刺激（FES）の安全性と有効性（歩行の改善という点で）に関する現在のエビデンスは、クリニカルガバナンス、同意、監査のための通常の取り決めが行われていれば、この処置の使用をサポートするのに十分であると思われる」と述べています
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