神経筋電気刺激療法
エルゴメーター握力
呼吸筋
新型コロナウイルス

はじめに

PICSの予防のためには早期リハビリテーション（リハビリ）介入が重要である。リハビリ介入のひとつとして神経筋電気刺激療法（electrical muscle stimulation：EMS）やエルゴメーターなどが広く用いられる。EMSやエルゴメーターのあり方に大きな影響を与えた近年の大規模な研究として，Fossatらが2018年にJAMAに報告した大規模なランダム化比較試験（RCT）がある。この研究では312人を対象として通常のリハビリにEMSやエルゴメーターを併用した群を比較した^1）。この研究では，介入群で主要評価項目であるICU退室時の筋力〔Medical Research Council（MRC）スコア〕に有意差を認めなかった（介入群 vs. 対照群：48 vs. 51，p＝0.28）。さらに二次評価項目である大腿直筋筋厚のICU入室時から退室時までの変化も有意差を認めなかった（介入群 vs. 対照群：－1.9mm vs. －2.4mm，p＝0.17）。しかし，この研究では対照群でも積極的なリハビリが行われており，積極的なリハビリが可能な全患者を対象とするとEMSやエルゴメーターの効果は乏しいと考えられた。そのためEMSやエルゴメーターは決して否定されるものではなく，我々が適切な対象患者の選定を行い，効果的な使用方法を実践する必要がある。

1 四肢に対する神経筋電気刺激療法

EMSに関しては本邦での敗血症ガイドラインや早期リハビリテーションガイドラインでは標準治療として積極的に推奨していない^2，3）。その根拠としては十分なエビデンスが不足しているためであり，さらなるエビデンスの蓄積が必要と結論づけられている。ガイドライン策定後にも近年様々な研究成果が報告されている。ICUに入室する重症患者は入室後から筋萎縮が進行し，1週間で13.2～20.7%の筋萎縮をきたす^4）。EMSの筋萎縮予防効果はどうか。筋肉量の評価として最も信頼性が高く，ゴールドスタンダードとして用いられるのはCT検査である。Nakamuraらはベルト電極式骨格筋電気刺激法（G-TES：ホーマーイオン研究所，図1A）を急性期の1日目から10日目まで用いて，骨格筋の減少量の違いをCTにてSynapse Vincent（富士フイルム）のソフトを用いて立体的に評価した。介入群と対照群での筋萎縮は10.4% vs. 17.7%（p＜0.0001）と有意差があったことを報告しており，EMSによる筋萎縮予防効果は確かなものであると考えられる^5）。

1）EMSの有効性

重症患者では，はじめにも述べたように実際に積極的なリハビリが困難な患者などを対象とした研究でEMSの有効性が報告されている。たとえば意識障害のある患者では積極的リハビリが困難なことが多く，実際にGCSが低い患者では離床開始が遅延する（0.7±0.2日 vs. 0.2±0.1日，p＝0.008）^6）。頭部外傷による意識障害がある患者を対象としたRCTではEMSを用いなかった非介入群において入室10日目に前脛骨筋筋厚が14%，大腿直筋筋厚が21%と有意に萎縮した^7）。筋機能についてはEMSによる介入で神経筋障害が減少し（介入群 vs. 対照群：0% vs. 47%，p＜0.0001），下肢伸展力は改善した（介入群vs. 対照群：2.34 vs. －1.55kg／f，p＜0.01）。

2）EMSの長期人工呼吸器管理に及ぼす影響

また別の離床の阻害因子として長期人工呼吸器管理がある。人工呼吸器などの機器で治療されている患者のリハビリはマンパワーを要するために，積極的なリハビリが行われないことがある。Chenらは21日以上の長期人工呼吸器管理を要する患者を対象としてEMSを10日間用いるRCTを行った^8）。介入群ではEMSにより10日目のMRCスコアが高くなり〔2（1～7） vs. 2（1～3.5），p＝0.034〕，非介入群で下肢周囲長が低下した（47.5cm vs. 44.6cm，p＝0.004）。EMSのメタ解析でも人工呼吸器管理を要する患者を対象としたEMSは人工呼吸期間を2.7日短縮することが報告されている^9）。

3）EMSのオピオイド治療，脳萎縮時の影響

また別の研究ではオピオイドを用いる患者，筋萎縮が著明な患者においてEMSが効果的であったと報告している^10）。この研究では同一患者において体の片側をEMSで刺激する側と刺激しない側に分けて比較した。刺激側では大腿四頭筋筋厚が6%しか萎縮しなかったのに対して，非刺激側では12%萎縮した。この研究の解析では筋萎縮予防効果が大きかったのはオピオイドを使用している患者（β＝10.9，p＝0.02），筋厚減少が著明であった患者（β＝16.4，p＝0.01）であった。オピオイドが頻回に使用される患者としては人工呼吸器管理されている患者が代表的である。また筋厚の減少が激しい患者は重症で炎症が強く離床が制限される患者である。つまり，この研究からも重症な人工呼吸患者でEMSが有効であることがわかる。

4）EMSの使用部位

EMSの対象患者については上述した通りであるが，使用部位については，近年，下肢のみでなく，上肢へもEMSを併用することが効果的であることが明らかとなった。ICU入室患者は下肢のみでなく上肢にも筋萎縮や機能障害をきたすことがわかっている^11）。2012年にRodriguezらは人工呼吸器管理を要する敗血症患者16人においてEMS介入を行った。同一患者において1日30分×2の17日間の介入にて刺激側で上下肢の筋力が増強し（上肢：p＝0.005，下肢：p＝0.034），非刺激側で筋肉が萎縮した^12）。しかし，上肢へのEMS使用を異なる患者で調査した研究はなかった。そこで2020年にNakanishiらは多数の電極を搭載して複数の筋肉への刺激が可能であるミナト医科学株式会社のソリウス（図1B）を用いて両上下肢へのEMSに関するRCTを報告した^13）。この研究では離床が制限されるICU入室1日目から5日目に1日30分の介入を行った。介入により下肢のみでなく上肢の筋萎縮の予防も可能であった（上腕二頭筋面積－2.7% vs. −10.0%，p＝0.03；大腿直筋面積－1.7% vs. －10.4%，p＝0.04）。また介入の結果，入院期間も短縮した（23日 vs. 40日，p＝0.04）。入院期間が短縮した理由として下肢のみでなく上肢を含めたリハビリが重要であることが示唆された。重症患者において上肢はベッド上での活動やコミュニケーションに重要な役割を果たし，この上肢の筋萎縮を予防して機能を維持する必要がある^14）。興味深いことに，このRCTでEMSが筋崩壊を抑制することを血中アミノ酸分析で報告している（3日目の分枝鎖アミノ酸変化量：＋40.5% vs. ＋71.5%，p＝0.04）。しかし，この研究ではEMSを用いても浮腫や肥満のために有効な電気刺激ができない患者やEMSの痛みにより除外される患者も報告された。GrunowらもICU入室時のSOFAスコアが高い患者においてEMSによる筋収縮の反応が悪かったと報告している^15）。このようにEMSが使用困難な患者がいることも理解する必要がある。

5）EMSの使用時間

EMSの使用時間に関しては1日30分×2回使用する報告が多い^16）。2015年のエキスパートオピニオンでも使用時間は60分を推奨している^17）。別の研究では1日50分×3回用いている研究もある^18）。実際の臨床では患者の治療や看護ケアなどを考慮すると60分間のEMSを行うことは容易ではないが，各施設，各患者に応じた適切な使用時間用いる必要がある。

2 呼吸筋に対する神経筋電気刺激療法

PICS予防のためには呼吸筋の筋力低下，筋萎縮も予防する必要がある。横隔膜や肋間筋の萎縮は長期人工呼吸器と関連しており^19），人工呼吸器からの離脱困難，長期的な呼吸機能低下と関係する。このような呼吸筋に対するEMSも注目を集めている。1日2時間×3回の横隔神経への電気刺激から横隔膜へのEMSが人工呼吸器との非同調や過度の吸気努力を引き起こすことなく安全に施行可能であり，横隔膜厚を増加させる（7.8%／日，15.0%／2日）という研究もある^20）。また14人を対象とした小規模の研究ではあるが，腹筋群へのEMSを用いることが人工呼吸期間短縮（p＝0.039）やICU入室日数短縮（p＝0.011）につながる^21）。また呼吸に同調させて，内外腹斜筋などの呼気筋へ1日30分×2回のEMSを用いることは3日目に有意に呼気筋の筋厚を改善し（p＝0.02），さらに人工呼吸期間とICU入室期間を短縮する（人工呼吸期間：10日 vs. 52日，p＝0.07。ICU入室期間：12日 vs. 54日，p＝0.03）。呼吸筋へのEMSはまだ研究段階ではあるものの，今後PICS予防に重要な役割を果たす可能性がある^22）。

3 エルゴメーター

エルゴメーターとはサイクリングを用いたリハビリであり，ICUではベッド上で用いられることが多い。不動化予防のみでなく，TNF-αなどの炎症反応も低下させることが報告されている^23）。エルゴメーターの使用が重症患者において6分間歩行を改善し，SF-36の身体機能も改善させることが報告されている^24）。エルゴメーターを併用した早期リハビリの介入時間を約2倍（60分）に強化することで，急性期の筋萎縮も予防できることを筋生検で確認しているものの^25），エルゴメーター単独の介入では筋萎縮予防効果は明らかではない。ICU入室患者全体を対象としたエルゴメーターのRCTでは入室10日間，1日30分のエルゴメーターの使用は筋萎縮予防や身体機能改善，PICS予防効果は認めなかった^26）。介入群と対照群で大腿直筋横断面積は−8.4% vs. −14.7%，p＝0.52，ICU退室時のMRCスコアは57 vs. 58，p＝n.s.（有意差なし），入院6カ月後のEQ-5D-5Lは75 vs. 73，p＝n.s.（有意差なし）であった。重症患者におけるエルゴメーターのメタ解析では，エルゴメーターは安全で使用可能であるものの，身体機能，人工呼吸期間，ICU入室期間，入院期間，6カ月後のQOL，院内死亡率のすべての項目において有意差を認めていない。しかし，エルゴメーターを用いた研究はEMSなどと比較するとまだまだ少なく，エルゴメーターがPICS予防に寄与するか，対象患者や使用方法なども含めてさらなる研究が必要である。
エルゴメーターの使用に関してその負荷などについて十分留意する必要がある。重症患者における有害事象は低酸素，頻呼吸などで0.7%に限られたものの，患者には一定の負荷がかかる^27）。Chenらは敗血症患者においてエルゴメーターを使用することで，負荷に依存して中大脳動脈血流が5～10%以上低下し，末梢血管抵抗が16%増加することを報告した^28）。また別の研究ではエルゴメーター使用による人工呼吸器との非同調の頻度を調査して，呼吸器との非同調が6.6%から32.1%まで増加すると報告した^29）。エルゴメーター使用により人工呼吸器の不十分なサポート，不適切なトリガー，吸気・呼気のタイミングなどに問題が生じることがあり，患者の呼吸状態に注意して用いる必要がある。エルゴメーターは何分・何セットを用いる必要があるかの明確な答えはない。しかし，多くの調査では1日20～30分使用されることが多い^30）。エキスパートオピニオンでも20分の使用が推奨されている^17）。負荷が強くなりすぎない程度に20～30分を目安に用いるのがよいかもしれない。
一方，エルゴメーターは下肢のみでなく，上肢へも用いることができる。Wilkinsonらは12人の患者を対象として上肢のエルゴメーターを用いた。使用したエルゴメーターはMOTOmed letto2（Reck, Germany）である（図2）。12人中8人は平均0.07μg／ kg／minのノルアドレナリンも使用している重症度であったものの，呼吸状態，循環動態，代謝への変動はなく，安全に使用可能であった。ベッド上の患者では上肢のエルゴメーターが使用しやすいかもしれない。なお，現在は後継機種のMOTOmed layson.laが発売されている（図3）。

また近年ではエルゴメーターとEMSを組み合わせたFESサイクリングというリハビリ機器も注目を集めている。FESとはfunctional electrical stimulationの略であり，筋肉を電気刺激で動かすことでサイクリングを行う機器である。BerneyらはICUに入室した人工呼吸患者に1日60分間，ICU退室までFESサイクリングを行うことで筋力，筋萎縮や6・12カ月後の長期予後がどうなるかのRCTを行った。介入群と対象群でICU退室時のICU-AWの発生頻度は19% vs. 26%（有意差なし），筋萎縮の程度は－6.8% vs. －15.5%（有意差なし），下肢筋力は57.3Nm vs. 53.1Nm（有意差なし）であった^31）。PICSにおいては6，12カ月後のMRC scoreや握力，6分間歩行を含む身体機能，不安，うつ，心的外傷後ストレス障害（post-traumatic stress disorder：PTSD）などの精神機能，認知機能などに差は認めなかった。FESサイクリングもまだまだ新しい分野であり，今後の研究が待たれる。

4 新型コロナウイルスでの神経筋電気刺激療法・エルゴメーター

新型コロナウイルスによる重症患者は，炎症や不動化に伴い10日間で30.1%の筋肉が萎縮する^32）。リハビリが重要であるものの，感染の伝播の懸念もあり従来の早期リハビリが十分に行えておらず，実際に英国の報告では端坐位以上の離床開始日はICU入室後14±7日と従来に比べて非常に遅くなっていた^33）。このような感染の伝播が懸念される状況では，従来のように理学療法士による積極的な離床が行うのが容易ではなく，EMSやエルゴメーターが有用かもしれないとの報告がある^34，35）。しかし，実際に新型コロナウイルスの患者でEMSやエルゴメーターが使用されているのは6～10%のみと，ほとんど使用されていない^36）。今後，新型コロナウイルスなどによる感染の伝播があるような状況では重要なリハビリ補助機器になる可能性が期待される。

おわりに

EMSやエルゴメーターの有効性に関して近年多くの報告がなされている。EMSやエルゴメーターはすべての患者でルーチンに使用するものではないかもしれないが，適切な対象患者，適切な使用方法を考慮することで，重症患者の筋萎縮や筋力低下を防ぎ，PICS予防につながる可能性がある。実際にEMSやエルゴメーターがPICSにどのような影響を与えるかは，さらなる研究が必要である。

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中西信人