脳出血モデルラットにおけるスキルトレーニングが運動機能回復および大脳皮質と線条体に及ぼす影響

【目的】脳卒中後の運動介入は、中枢神経系の可塑的変化を引き起こし、運動機能の改善を導くことが知られている。先行研究では、感覚運動野損傷モデルラットや脳梗塞モデルラットに対するスキルトレーニングは、単純運動介入より麻痺側の運動機能回復及び中枢神経系の可塑的変化を促進することが報告されている。しかし、脳出血モデルラットに対するスキルトレーニングの効果を検討した報告はなく、中枢神経系における可塑的変化の具体的メカニズムは不明な点が多い。そこで、本研究は脳出血モデルラットにおける運動スキルトレーニングが運動機能回復および大脳皮質と線条体に与える影響について検討した。【方法】実験動物にはWistar系雄性ラット（250 〜270 g）を用いた。対象を無作為に非運動群（ICH群）とスキルトレーニング群（ICHAT群）の2 群に分けた。脳出血モデルは、深麻酔下にて、頭頂部の皮膚を切開し、頭蓋骨表面のブレグマから左外側3.0 mm、前方0.2 mmの位置に小穴をあけ、マイクロインジェクションポンプにつないだカニューレを頭蓋骨表面から6.0 mmの深さまで挿入し、コラゲナーゼ（200 U/ml，1.2μl）を注入して作製した。スキルトレーニング群には、全身の協調運動、運動学習が必要な訓練としてアクロバットトレーニングを介入させた。トレーニング内容は、格子台、縄梯子、綱渡り、平行棒、障壁の5 課題で各コース長1 m移動させた。介入は、術後4 〜28 日まで、1 日4 回実施した。ただし、術後4 〜6 日の介入には必要最低限の補助を加えた。運動機能評価（ICH群；n=8，ICHAT群；n=6）には、motor deficit score （MDS）（自発回転, 前肢把握, 角材歩行, 後肢反射を4 段階で評価）と後肢の協調性評価として beam walking test（角材歩行中の後肢の使い方を7 段階で評価）を経時的に実施した。Beam walking testは、幅の広い（幅2.5cm；wide beam walking test）角材と幅の狭い（幅1.0cm；narrow beam walking test）角材の上を歩かせて行動評価を行なった。組織学的評価には、HE染色により組織損失体積と大脳皮質の厚さを解析し、Nissl染色により両側感覚運動野における神経細胞数を解析した。また、免疫組織化学染色により脳出血後14 日目と29 日目に両側の大脳皮質感覚運動野と線条体におけるΔFosB（持続的な神経活動マーカー）の陽性細胞数を解析した。さらに、ウェスタンブロッティング法により脳出血後14 日目と29 日目に両側の大脳皮質感覚運動野と線条体におけるPSD-95（シナプス後細胞マーカー）の解析を行った。【倫理的配慮、説明と同意】本実験は名古屋大学医学部保健学科動物実験委員会の承認を得て行った（承認番号：22-027）。【結果】運動機能評価は、MDS、wide beam walking testでは、ICHAT群はICH群と比較して11，14 日目に有意な回復を示し（P<0.05）、narrow beam walking testでは、ICHAT群はICH群と比較して28 日目に有意な回復を示した（P<0.05）。組織学的解析から、組織損失体積と大脳皮質の厚さ、神経細胞数は両群に有意差はなかった。ΔFosB陽性細胞数は、脳出血後14 日目に非傷害および傷害側の大脳皮質感覚運動野でICHAT群はICH群と比較して有意に高値を示した（P<0.05）。両側線条体では両群に有意差はなかった。生化学的解析からPSD95 のタンパク量が両側大脳皮質感覚運動野で、脳出血後29日目にICHAT群はICH群より有意に高値を示し（P<0.05）、傷害側線条体で、脳出血後14 日目にICHAT群はICH群より有意に高値を示した（P<0.05）。【考察】運動機能評価の結果から、脳出血モデルラットにおけるスキルトレーニングは運動機能を改善させることが示された。中枢神経系における解析結果から、早い段階で回復した粗大運動は線条体の可塑性が関与しており、遅い段階で回復した協調運動は、大脳皮質の可塑性が関与している可能性が考えられる。【理学療法学研究としての意義】本研究は、スキルトレーニングが脳卒中後の運動療法として有効な治療手段であることを行動学的解析および中枢神経系の解析により示した。スキルトレーニングの更なる作用機序を解明することで効率的かつ効果的な治療法として理学療法に貢献できると考えられる。