この道を歩いてみよう：研究者による新しい指標が脳性麻痺の子供たちを助けるかもしれない

脳性麻痺の子どもを診る臨床医たちは、20年以上にわたり、患者の歩行障害を理解し治療するために「膨大なデータ」を集めてきました。しかし、よりスムーズで効率的な動きを助けるための筋肉、腱、骨への集中的な矯正手術が、どの脳疾患の子どもに最も効果的かは、まだはっきりと分かっていませんでした。

実際、整形外科手術は数ヶ月の治療と回復を必要とする場合もありますが、それでも症状が著しく改善するのはわずか50%の子どもだけです。中には症状が悪化する子どももいます。

現在、ワシントン大学機械工学部の研究者らは、20年間にわたり脳性麻痺の子供473人から収集した手術前と手術後のデータを分析した。

ミネソタ州セントポールのジレット小児専門医療センターの科学者と協力し、ワシントン大学のエンジニアたちはその分析結果を利用して「ウォーク DMC」と呼ばれるツールを作成した。これは、定期的に収集される筋電図（EMG）データを使用して、どの子供が手術に最も適しているかを特定し、異なる解決策を必要とする子供のための代替治療法の開発を支援する評価ツールである。

「私たちがこれだけのデータを収集していることは明らかでした」と、ワシントン大学の機械工学助教授、キャット・スティール氏は述べた。「しかし、データが多いことが必ずしも良いこととは限りません。その価値の多くは、それをどのように解釈するかにかかっています。」

脳性麻痺は、出産直前または出産直後の脳損傷によって引き起こされ、1,000人中約3人の子供が罹患しています。脳性麻痺は正常な身体発達を阻害し、筋力低下、筋肉や腱の短縮、骨格の変形を引き起こす可能性があり、歩行が困難、あるいは歩行不能になることもあります。整形外科手術は通常7歳から12歳頃に行われ、これらの問題の一部を修正し、運動機能を改善することを目的としています。

しかし、歩行やその他の運動障害は、筋肉や骨の異常だけが原因ではありません。運動制御、つまり脳が筋肉を活性化・弛緩させ、動作を調整する能力は、運動において重要な役割を果たしており、脳性麻痺児のこれらの能力は、個々の子どもによって大きく異なります。

「これは非常に複雑な問題だ」と、今月Developmental Medicine & Child Neurology誌に掲載されたWalk DMC指標を説明する論文の共著者であるスティール氏は述べた。

「見た目ではほぼ同じように歩いている2人の人間がいるとしても、その動きを制御する方法は非常に異なる可能性があります」と彼女は言いました。

長年にわたり脳性麻痺の患者を診てきた臨床医の多くは、運動制御が整形外科手術から最も恩恵を受ける患者を決定する上で重要な役割を果たすと信じているが、小児の運動制御を定量的に評価することは困難だとスティール氏は述べた。

Walk DMC（ウォーキング・ダイナミック・モーター・コントロール・インデックスの略称で、ニューヨークの有名ヒップホップグループRun-DMCにちなんで名付けられました）は、子どもが歩行中に収集された筋電図データを用いて算出されます。このデータは、複数の脚の筋肉の独立した活動を検出するセンサーから得られます。この計算結果から、子どもの運動制御が典型的な発達からどの程度近いか、あるいは遠いかを示すスコアが算出されます。

ブルース・マクウィリアムズ氏は、ソルトレイクシティにあるシュライナーズ小児病院のバイオメカニクスエンジニア兼整形外科専門医です。今回の研究には参加していないマクウィリアムズ氏によると、同病院では小児の初期評価に筋電図検査を実施しているものの、治療計画の策定にはあまり頼っていないとのことです。

ウォークDMCスコアの作成により、状況はすでに変化していると彼は語った。

「全員にEMG検査を受けさせる予定です」とマクウィリアムズ氏は述べた。「まだ研究が必要ですが、非常に有望です。私たちの診療は大きく変わりました。」

脳損傷は人それぞれ異なるという事実によって生じる困難に加え、歩くこと（ほとんどの人が何気なく行う行為）は実際には複雑な一連の動作から成り立っています。一歩ごとに、一部の筋肉は収縮し、他の筋肉は弛緩し、そしてそれらの役割が入れ替わりながら、協調運動のシンフォニーを奏でます。

脳性麻痺の子供によく見られる歩行パターンの一つに、腰、膝、足首を曲げてかがんだ姿勢で歩く「しゃがみ歩行」があります。

ある子供の場合、筋肉や腱が短縮していることが原因でしゃがみ歩きをすることがありますが、運動制御は良好で、歩行 DMC スコアはほぼ正常な 90 または 100 になります。別の子供の場合、運動制御の役割がより大きく、筋肉が不適切なタイミングで一緒に収縮し、歩行 DMC スコアが 60 または 70 になることがあります。後者の場合、整形外科手術はメリットよりもデメリットをもたらす可能性があります。

「脳性麻痺の子どもが選択的運動制御に重大な障害を抱えている場合、整形外科手術は成功率が低い可能性があります」と、ルシール・ソルター・パッカード小児病院およびスタンフォード大学医療センターの整形外科教授、ジェシカ・ローズ氏は述べています。「歩行異常の原因が、脳性麻痺ではない可能性もあります。」

Walk DMCツールは「歩行中の筋活動パターンを客観的に評価する初めてのツールであり、真の前進です」と、この研究には参加していないローズ氏は述べた。「統計学の非常に革新的な応用です。」

新しい評価ツールの利点の1つは、すでに臨床現場で日常的に使用されている機器を活用するため、新しい技術への投資を必要とせず、簡単に導入できることだと、ワシントン大学人間能力・工学研究所所長のスティール氏は述べた。

Walk DMC 研究は、米国国立衛生研究所内の国立神経疾患・脳卒中研究所により資金提供を受けました。

スティール氏とジレット社の同僚たち、ジレット小児専門医療の生物医学工学研究ディレクターのマイケル・シュワルツ氏、ジレット小児病院のエンジニアのアダム・ロズマルスキ氏らは、NIHから新たに150万ドルの助成金を得たおかげで研究を継続できるだろう。

この計画は、手術の恩恵を受ける人を予測するツールとして Walk DMC 指標をテストし、より深刻な運動制御障害を持つ子どもたちに対する代替治療法の研究を推進することです。

「我々はこれを前進させ続けるつもりだ」とスティール氏は語った。