Reversal of Soleus Muscle Atrophy in Older Adults: A Non-Volitional Exercise Intervention for a Changing Climate
2024年5月10日
「高齢者のヒラメ筋萎縮の回復」（2024）t.co/JxvhHIVGj8
研究者らは、足の裏を刺激してふくらはぎの深い筋肉を活性化する装置を開発。座っているだけで心臓の働きが良くなり、睡眠改善や認知機能回復、骨密度低下予防などの効果が確認された。*…
— Alzhacker (@Alzhacker) January 6, 2025
記事のまとめ
この論文は、高齢者の身体活動の課題とその解決策としての非随意的運動介入について論じたものである。
現状と課題：
高齢者は週150分以上の中程度の身体活動が推奨されているが、実際には65歳以上のアメリカ人の約半数が余暇の有酸素運動を全く行っておらず、推奨される週間活動レベルを達成しているのは約4分の1に過ぎない。これは、健康上の制限、閉じこもり、怪我の恐れなどの実際の、あるいは認識された障壁によるものである。
作用機序：
著者らは、この問題に対する解決策として、ヒラメ筋への神経筋刺激を提案している。ヒラメ筋は下肢の深部姿勢筋であり、立位や座位時の心臓への血液還流において重要な役割を果たしている。若年期には疲労耐性のある遅筋線維（TypeIとIIa）が大部分を占めているが、加齢に伴いこれらが速筋線維（TypeIIb）に変換され、持続的な収縮能力が低下する。これにより静止時の心拍出量が低下し、脳血流量の減少や代謝活性の低下などの健康問題を引き起こす。
刺激方法：
足底前部への45Hzの機械的刺激により、マイスナー小体と呼ばれる機械受容器が活性化される。この刺激は約10マイクロメートルという微細な皮膚変位で十分である。刺激は2分間の活性化期間と2-3分間の休止期間を交互に行う。この休止期間は静脈洞への血液再充填に必要である。この刺激により、ヒラメ筋の自然な収縮反射が誘発され、下肢の血液循環が促進される。
生理学的効果：
この介入により、座位時の心拍出量が約40%増加し、代謝活性が0.4 MET上昇する。1日3-4時間の実施で、推奨される週間代謝活動量を達成できる。
臨床研究による実証効果：
- 睡眠改善：4週間の介入で睡眠の質が有意に改善し、睡眠機能が正常レベルまで回復した。
- 心不全患者の浮腫軽減：1日1.8時間の使用で4週間に1リットルの下肢浮腫が改善した。
- 骨密度維持：1日2.5時間の使用で骨密度低下を防止し、5時間の使用で3%以上の増加が見られた。
- 認知機能改善：3ヶ月の使用で正常範囲（75点以上）まで回復し、6ヶ月後には80点以上に達した。
高齢者は1日平均9時間以上を座位で過ごすため、座位時にヒラメ筋刺激装置を使用することで、自発的な身体活動を補完する効果的な介入となり得る。この方法は、気候変動の時代において、安全に活動量を増やすことが困難な高齢者にとって有益な選択肢となる。
批判的考察
d (ディープ分析)の視点から、論文におけるマイスナー小体の活性化に関する考察を分析していく。
論文の主張と問題点を深く掘り下げて検討する：
1. 生理学的メカニズムの解釈における課題：
- 論文では足底前部への45Hzの機械的刺激がマイスナー小体を活性化すると主張
しかし、以下の点で不完全な解釈の可能性：
- マイスナー小体だけでなく、他の機械受容器（パチニ小体など）も同時に活性化される可能性を十分考慮していない
- 45Hz付近の刺激に対する反応が、必ずしもマイスナー小体単独の効果とは限定できない
2. 因果関係の証明における不確実性：
- ヒラメ筋の反射活動がマイスナー小体の刺激のみによって誘発されるという単純化が見られる
以下の要素が考慮されていない：
- 皮膚の深部感覚受容器の関与
- 筋紡錘やゴルジ腱器官からのフィードバック* 中枢神経系による統合過程の複雑性
3. 方法論的な限界：
- マイスナー小体の選択的活性化を確認する直接的な証拠が不十分
- 他の感覚受容器の寄与を除外するための対照実験が示されていない
4. 臨床効果との関連性：
- 観察された臨床効果（血流改善など）は確かに重要
- しかし、これらの効果がマイスナー小体の活性化のみに起因すると結論付けるのは早計
5. より包括的な解釈の必要性：
- 足底への機械的刺激による効果は、複数の感覚受容器と神経回路の相互作用による可能性が高い
- マイスナー小体の役割を過度に単純化せず、より包括的なメカニズムとして捉えるべき
結論として、論文の主張は部分的に妥当性があるものの、マイスナー小体の役割について過度に単純化されており、より複雑な神経生理学的メカニズムの可能性を十分に考慮していないと考えられる。今後の研究では、複数の感覚受容器の相互作用や、より詳細な神経生理学的メカニズムの解明が必要である。
この分析をより視覚的に理解するため、図示化を試む。
この図は、論文で単純化されているマイスナー小体の役割と、実際には存在する可能性が高い複雑な神経生理学的相互作用を示している。足底への機械的刺激が複数の受容器を介して中枢神経系に伝達され、最終的にヒラメ筋の活動を調節する過程をより包括的に表現している。
要約
世界保健機関（WHO）は、高齢者が身体的、精神的、社会的な健康を維持するために、少なくとも週に150分間の適度な運動を行うことを推奨している。この目標は、現実の障壁と認識上の障壁の両方により、ほとんどの地域在住の高齢者にとって達成が非常に困難であることが判明している。これらの障壁には、個人の健康上の制限、閉じ込め問題、怪我への恐怖心などの自己規制が含まれる。気候変動は、高齢者の閉じ込め問題と怪我への恐怖心を悪化させる。ますます厳しい気候条件の下で、高齢者がより活発に体を動かすことによる恩恵を得られるよう支援するために、私たちは、自発的な運動を補うものとして役立つ可能性がある、対象を絞った非自発的な介入を提案する。
ヒラメ筋に対する外因性神経筋刺激は、非侵襲的な介入であり、運動不足の人々の心拍出量を大幅に増加させることができる。長期間にわたる毎日の使用により、高齢者の健康上の大きな関心事である睡眠の改善、骨密度の減少の抑制、加齢に伴う認知機能の低下の回復が示されている。
これらの結果は、在宅またはベッド上の拘束、知覚リスク、あるいは気候変動に起因するような現実の環境リスクなどの結果、従来の身体活動を行うことが困難な場合、高齢者が日常生活に取り入れやすい補完的な運動形態として、外因性神経筋刺激の潜在的な利点を裏付けるものである。
キーワード：心拍出量、神経筋刺激、安静時代謝率、骨粗鬆症、認知機能の加齢
はじめに
日常的な身体活動の減少は、現代生活の特徴である。この肉体労働の需要の減少は、若年層および高齢者層の両方において急性外傷のリスクを大幅に減少させたが、同時に、身体活動の減少は、心血管疾患、1糖尿病、2転倒による負傷、3あらゆる原因による死亡、4加齢による認知機能の低下など、幅広い身体的および精神的な健康障害のリスクを高めることにもなった。5 身体活動の不足は、併存疾患の存在により、特に高齢者にとって懸念事項である。高齢者は、日々の生活に必要なレベル以上の運動量を増やすよう推奨されているが、十分な監督がない場合、その推奨に従うことは一般的ではない。6 実際、米国の高齢者の半数は余暇に有酸素運動を全く行わず、推奨される週間の運動量を満たしているのは約4分の1に過ぎない。7
定期的な運動不足が長期的な健康問題につながることを認識してはいるものの、日常生活における運動の現実的な障害や認識上の障害が、実行に移す上で重要な役割を果たしている。例えば、運動量を増やすための簡単な方法として自宅で運動することが考えられるが、さまざまな問題がコンプライアンスを妨げている。運動器具は高価で使いにくく、家の中で大きなスペースを占領しがちである。これは、比較的小さな家やアパートに住んでいることが多い高齢者にとっては大きな問題である。さらに、家庭用の運動器具は危険を伴う可能性もある。家庭用の運動器具の使用による救急外来への搬送件数は年間2万件を超え、65歳以上の高齢者は、若い世代と比較して、運動中の怪我による入院リスクが2.5倍も高い。8
屋外での運動は活動リスクを軽減するものではない。北半球の冬に屋外で活発にウォーキングをすると、深刻な怪我のリスクが大幅に高まる。同様に、温暖な気候では、屋外の気温が10℃を超えると転倒のリスクが高まることが分かっている。9 亜熱帯気候での運動は、脱水症状、心血管系疾患、熱中症のリスクが高まり、紫外線や大気汚染物質への暴露が増えるため、特に困難である。こうしたリスクの増大に伴い、温暖な気候では気温の上昇に伴って屋外での運動参加率が大幅に低下する。10 公共施設での運動は環境リスクと設備による負傷リスクの両方を軽減するが、感染症にさらされるリスクが高まる。
気候変動は、長期的な健康を維持または改善するために十分な運動量を確保しようとする高齢者が直面する多くの課題を悪化させている。気候変動の最も明白な結果は環境の温暖化であり、健康に間接的および直接的な影響を及ぼす。主な間接的な影響は、感染症の蔓延率が上昇し、感染の懸念から自己隔離が増えることである。11 温暖化の進行は、運動中の体温調節に直接影響を与え、12臓器不全のリスクを高める。しかし、高齢者層に大きな影響を与える可能性が高いのは、異常気象の増加である。異常気象の増加は、定期的な運動がより困難になる環境を作り出すと同時に、日常生活のほぼあらゆる側面（交通、買い物、医療ニーズへの対応）をより困難にすることで、精神的なストレスをさらに増大させる。そのため、高齢者の心身の健康を維持するために活動レベルの増加がこれまで以上に重要になっている現在、計画された運動活動を完遂することは、これまで以上に困難になっている。
気候変動が身体活動に及ぼす影響を踏まえると、高齢者が自宅環境で安全かつ便利に、推奨される1日のエネルギー消費量に相当する代替活動を実施できるかどうかという疑問が生じる。この問題は、安静臥床、自宅軟禁、または移動能力の制限を余儀なくされている人々の身体活動の促進という文脈において、部分的に取り組まれてきた課題である。運動が制限された高齢者に対して提案されているアプローチには、「ベッド上での全身運動」運動療法13と神経筋刺激14の2つがある。「ベッド上での全身運動」運動療法は、確立された退院後の理学療法を基にしており、ベッドに横たわったり座ったりしたままでも行える短時間の運動を連続して行う。このアプローチを用いることで、高齢者の自己評価による心身の状態と痛みのレベルが改善することが示されている。15
ベッド上での運動は、下肢の随意筋や身体の深部姿勢筋を鍛える能力に限界がある。外因性筋刺激は、この限界を克服できる可能性がある。神経筋電気刺激（NMES）は、下肢の筋萎縮の治療に用いられる筋活性化技術である。このアプローチでは、標的となる筋肉の上の皮膚に電極を取り付け、その筋肉を活性化するのに十分な強度で電流を流す。NMESは、臨床および家庭の両方の環境で、脚の筋肉の再訓練に適用されてきた。最近行われた、術後の入院患者を対象とした短期研究では、NMESを1日90分、4日間実施したところ、外側広筋のサイズと強度が大幅に増加することが示された。16 しかし、研究対象者の4分の3が、この刺激を不快であると感じた。在宅環境における8週間の試験では、初期の心不全を患う中年患者を対象に、NMESを用いて大腿四頭筋とふくらはぎの筋肉を活性化させることが試みられた。1日1時間の刺激プロトコルにより、6分間歩行距離はわずかに増加したが、全身の代謝活動には有意な改善は見られなかった。17 これまで、在宅環境の高齢者に対するNMESの長時間の使用に関する研究はほとんど行われておらず、この技術が地域社会に住む高齢者に広く適用されることは限られていた。
介入の概念
これらの先行研究のアプローチを基に、私たちは、従来の運動療法を補う、便利で手軽に利用できる家庭内での外因性刺激介入が、推奨される1日の身体活動レベルを達成する上で障害に直面している高齢者の健康状態を大幅に改善できる可能性があることを提案する。最近の研究では、運動レベルとは無関係に、座位での活動時間（エネルギー消費量が1.5 METS未満の行動）が代謝リスク（血糖コントロール、心血管疾患、全死因死亡率）の重要な予測因子であることが明らかになっている。18 この観察結果は この観察結果は、座位活動時間を大幅に短縮する行動を促進するという概念につながる。つまり、高齢者が座位で活動している間、1.5 METS 以上の代謝エネルギー消費を促す非随意活動を高齢者に提供するというものである。
代謝エネルギー消費は心拍出量に依存しており、運動はすべての生理系に有益であるが、心血管系（CV）は運動トレーニングの主な対象として広く考えられている。より具体的には、心血管系に対する身体活動の主な利点は心拍出量の増加であり、有酸素運動、すなわち長時間維持できる運動が心機能の改善に最も効果的である。19 これは、高齢者の従来の身体活動に補完的な行動を開発するための最適な戦略として、座っている間、心拍出量を有意に持続的に増加させることに焦点を当てることを提案するものである。
この戦略は、心拍出量が若年成人期にピークに達し、その後高齢期まで減少していくことが以前から知られているため、高齢者にとって特に有益であるはずである。香取は、20現在では古典的研究となっている研究で、成人における直立安静時の心拍出量が成人期に3分の1以上も減少することを示した。20歳時の平均7.5L/分以上から、80歳時には5L/分未満に減少する（図1）。この減少は主に平均心拍数の変化ではなく、一回心拍出量の減少によるもので、この年齢範囲において一回心拍出量指数は平均65mL/m2から48mL/m2に減少している。心拍出量を維持できないことに伴い、高齢者は正常な安静代謝率を維持できなくなる。21
図1.
若年および中年成人は通常、心不全を患うことはないため、この年齢に伴う一回拍出量の減少は、別のメカニズムによって生じているに違いない。具体的には、年齢に伴う一回拍出量の減少は、一般的に心臓への還流量の減少によるものである。歩行中、下半身の筋肉は骨格筋ポンプ作用により、重力に逆らって血液を心臓に送り返す働きをしている。しかし、直立した座位の活動（座っているか立っている）中には、下腿のヒラメ筋が血液と間質液の両方を心臓に戻す上で主要な役割を果たしている。22
ヒラメ筋は深層姿勢筋であり、腓腹筋とともに立っている間のバランスを維持するのに使われる。しゃがむと腓腹筋は活動せず、ヒラメ筋がバランス維持の役割を独占する。しゃがむことは人間にとって自然な休息姿勢であり、特定の文化では休息時にしゃがむことを今でも続けている。子供たちは遊んでいるときにしゃがむことが多いが、年齢が上がるにつれ、現代の大人たちはほとんどしゃがまなくなっている。その結果、ヒラメ筋の筋繊維の大部分を占めるはずの疲労に強いタイプIおよびIIa筋線維が速筋線維（タイプIIb）に変化し、筋肉は疲労抵抗性を失う。これは、ヒラメ筋の疲労抵抗性を評価する片足でのかかと上げ運動の基準値に反映されている。健康な（6段階評価で平均的な身体活動レベル4の）20歳代の男女は、片足での踵上げを30回以上行うと疲労する。23 それに対して、健康な70歳代では、通常、16回程度しか繰り返すことができない。これは、50年間で疲労抵抗力が約50%低下したことを反映している。
公衆衛生サービスが推奨する最低限のレベルの運動を日常的に行う高齢者は全体の4分の1に過ぎないことを考えると、高齢者のヒラメ筋疲労耐性は健康な高齢者の基準値を下回ることが多く、実際そのようであることが予想される。中程度以上の強度の運動を週3時間未満しか行わない高齢者（61～81歳）のグループでは、ヒラメ筋疲労テストの結果、29人中2人（7%）のみが、ヒラメ筋疲労耐性を基準値以上で維持していることが分かった（図2）。
図2.
疲労耐性の喪失は、ヒラメ筋が、1日中正常な心拍出量を維持するために必要な心臓還流量を支えるのに必要な持続的周期収縮を維持する能力を失ったことを意味する。心拍出量が低下すると、座位での活動中に直立した個人の安静時血圧を維持できなくなる。 ヒラメ筋の疲労抵抗と安静時血圧（10分間の静坐後に測定）の関連性を評価する予備研究では、DBPがヒラメ筋の疲労抵抗に強く（p=0.001）依存していることが観察された（図3）。驚くべきことに、60歳以上の3分の2の被験者は、現在の臨床的推奨値である80mmHg以上の正常なレベルの安静拡張期血圧を維持することができなかった。24
図3.
これらの血圧値は、短時間の座位安静後に測定されたものであり、高齢者が直面する心臓の還流障害を十分に捉えているとは言えない。長時間にわたる直立座位姿勢の血圧は通常は追跡されないが、高齢者においては長時間にわたる直立座位行動は例外よりもむしろ一般的である。Raichlen et al25は最近、49,000人（平均年齢67.2歳）の高齢者集団において、中央値の座位活動時間（睡眠は含まない）が1日9時間を超えることを報告している。
高齢者を対象とした静かに座っている状態での心拍出量（CO）の追跡調査では、長時間にわたる座位行動が心拍出量に及ぼす影響が示されている（図4）。健康な人の場合、静かに立っている状態では代謝活動率は約1.6 METSであるが、静かに座っている状態では約1.3 METSで済む。こうしたエネルギー必要量の差異に一致して、被験者が立位から座位に移行すると、最初の20%の心拍出量の減少が観察され、測定開始から10分間は心係数が平均3.3 L/min/m2から約2.8 L/min/m2に減少した。しかし、静坐を続けると、心拍出量は2時間以上も低下し続け、最終的な平均心係数は2.2 L/min/m2となった。この心拍出量レベルは、代謝活動率を0.9 METS程度に維持するには十分であるが、これは通常の安静時の代謝活動に必要な値を大幅に下回る。
図4.
高齢者は平均して1日に9時間以上（睡眠時間は除く）座ったままでいることを考えると、これらの観察結果は、高齢者の大部分が1日の大半において心拍出量が基礎代謝量を下回っていることを示している。循環と代謝活動の低下は、高齢者に一般的に見られる、深部体温の低下、疲労、創傷治癒率の低下、末梢神経障害のリスク増大、その他多数の健康上の問題につながる可能性がある。心拍出量の低下とそれに伴う血圧の低下は、脳組織にとって特に大きな問題である。最近の研究では、拡張期血圧が1mmHg低下するごとに、脳血流が1%低下することが示されている。26 脳血流の低下は認知機能障害と関連しており27、慢性的な認知機能障害は認知症発症リスクの増加と強く関連している。28
介入戦略
サルコペニアはすべての骨格筋に起こり、筋肉量と筋力は一般的に30～35歳頃にピークに達し、その後は低下する。それに対応して、随意骨格筋の再トレーニングは一般的に筋肉量と筋力の増加に焦点を当てる。ヒラメ筋は不随意の深部姿勢筋である。これらの筋肉の加齢による萎縮は、筋肉の量や強さ自体の喪失ではなく、むしろ疲労に強い遅筋線維（タイプIおよびIIa）が速筋線維タイプIIbに変換されることによるものである。それゆえ、若返りには線維の再変換が必要である。タイプIIbの繊維を遅筋繊維に戻すには、ヒラメ筋の通常の機能を模倣する筋活動パターンを課す必要がある。つまり、1分以上の持続的な刺激（1日あたり数時間）である。29
ヒラメ筋の持続的な姿勢活動は反射作用によって媒介される。しゃがんだり立ったりしている間、足底の圧力は足底神経の機械受容神経終末によって感知される。これには、メルケル・ディスク受容体（5～15Hzの機械刺激に反応）、マイスナー小体（10～50Hz）、パチニ小体（60～400Hz）が含まれる。30 足底前面の受容体が活性化すると、姿勢反射が開始され、ヒラメ筋が収縮する。逆に、足底のかかと部分に圧力が加わると、ヒラメ筋が弛緩する。この姿勢反射は、外因的にヒラメ筋の活動を始めるための便利な経路を提供する。
ヒラメ筋反射弓を非随意的な活動の一種に組み込むには、ヒラメ筋の反応性を最適化する足底面の刺激特性を特定する必要がある。具体的には、刺激の頻度、強度、持続時間である。反射弓の周波数に対する感度を最初に特性評価することで、ヒラメ筋反射に関与する機械受容器の種類が明らかになり、その結果、必要な刺激の強度がわかる。この情報を得るために、起立不耐症の高齢女性（平均年齢56歳）の足底への機械的刺激に対する反応を調査した。これらの被験者において観察された起立時の血圧低下を回復させるには、45 Hz 付近の足底刺激が最適であることが分かった。31 マイスナー小体が 10～50 Hz の機械刺激に反応することから、これらの結果は、ヒラメ筋反射弓における主要な感覚受容器としてマイスナー小体を示唆している。マイスナー小体が活性化するのに必要な最小限の皮膚変位は約10マイクロメートルであることが示されており、この観察結果は適切な刺激強度を確立するための基準点となる。32
定義が必要な刺激特性として残っているのは刺激の持続時間である。非歩行時のヒラメ筋の筋電図記録によると、成熟したヒラメ筋では運動ニューロンの発火が最大2分間続くことが示されている。このような持続的な収縮の後、運動ニューロンの活動は一時停止する。この一時停止の間、次の収縮の前に血液と間質液がヒラメ筋の静脈洞に再び満たされる。この休止/再充填期間は通常、2～3分間続く。
上記の特性を持つ神経筋刺激装置のプロトタイプを用いた生理学的研究により、足底の微小機械刺激によるヒラメ筋の活性化が、座りがちな高齢者の身体に著しい生理学的反応を引き起こすことが実証されている。座位の高齢者におけるヒラメ筋刺激は、下肢の体液貯留を予防するだけでなく、体液貯留を解消することもできる。33 下肢の体液貯留の減少と一致して、安静時の心拍出量は著しく増加する。これは、安静時の立位から座位に移行した後、60分間の座位中に平均40%の心拍出量指数（SVI）の減少を経験した高齢者グループに見られる（図5）。これには、最初の10分間で25%減の28mL/m2という値が含まれている。これは、立位から座位への姿勢変化によって生じる値であり、その後、被験者が座位を継続するにつれてさらに5mL/m2減少した。静立時のエネルギー消費率が約1.6 METSであると仮定すると、これらの結果は、被験者の代謝率が静坐60分間で約1.0 METにまで低下したことを示している。静坐暴露を繰り返し、同時に微小機械的足底刺激を加えたところ、これらの被験者では心臓の反応が大きく異なった。最初の5～10分間はSVIの初期低下が記録されるものの、被験者が座り続けるとSVIは上昇し始める。60分間の座位の後、SVIは29mL/m2となり、安静時の対照レベルと比較して代謝活動が0.4MET向上していることが示された。
図5.
安静時の心拍出量の増加は、全身の血流の増加につながる。34直立姿勢の被験者のインピーダンス容積脈波記録では、足底表面への45Hzの微小機械的刺激により、刺激なしの場合と比較して、下腿部の血流が平均47%増加し、骨盤領域では35%、胸部領域では17%増加することが示されている。
さらに、ヒラメ筋の刺激による心拍出量の増加は、直立座位の姿勢をとると安静時の血圧を維持できない人々の血圧を正常化する働きがある。遅発性起立性低血圧（DOH）は、ヒラメ筋の疲労抵抗力が低下した人々に共通する合併症である。DOHは重大な健康指標であり、DOH患者の10年死亡率は50%である。35 DOHと診断された高齢女性グループでは、30分間座位を維持した後の平均拡張期血圧（DBP）は55mmHg未満であった。36 足底刺激によるヒラメ筋の30分間の活性化により、平均DBPが75mmHg以上に上昇することが観察された。
臨床的有効性
生理学的研究により、座りがちな高齢者のヒラメ筋を活性化することで、下半身から心臓への体液の還流が大幅に促進され、心拍出量の増加、血圧の正常化、全身の血流の改善につながることが示されている。これらは心強い結果であるが、高齢者の運動に役立つ補完的介入を特定するという目標は、健康状態の改善であり、そのためにはより長期的な臨床研究が必要である。その目的のために、長期にわたるヒラメ筋刺激が、高齢者の健康状態に重要な影響を与えるか、睡眠障害、心不全による下肢浮腫、骨量減少、認知機能の老化などを含む高齢者の健康状態に重要な影響を与えるかについて調査が行われた。
睡眠に関する不満は高齢者の共通の悩みであり、30%以上が睡眠障害を訴え、睡眠障害のある人の半数以上が睡眠時無呼吸症候群を訴えている。37 多数の睡眠に関する調査により、日中の下半身の体液貯留が睡眠の質の低下と関連していることが分かっている。38 作用機序として考えられているのは、日中蓄積された体液が仰向けで寝ている間に吻側方向に移動し、首の静脈と間質腔を拡張させるというものである。首の体液圧が上昇すると、気道が圧迫されて呼吸障害が起こる可能性がある。したがって、日中に下肢に溜まる体液を減少させることは、夜間の睡眠の質を改善する可能性がある。この可能性は、4週間毎日少なくとも1時間、ヒラメ筋刺激を行った高齢者（平均年齢60歳）のグループで検証された。39 睡眠の質は、事前/事後テストの実験計画で、ピッツバーグ睡眠品質指数（PSQI）とFunctional Outcomes of Sleep質問票（FOSQ）を用いて評価された。4週間にわたって毎日ヒラメ筋を刺激した結果、PSQIによると睡眠の質が大幅に改善したことが観察された（p=0.003）。FOSQのスコアでは、11人中9人の被験者で平均スコアが異常な睡眠レベル（16.8）から正常な睡眠機能レベル（17.9）に改善したことが示された。
うっ血性心不全（CHF）は50歳では1%の有病率であるが、この割合は10年ごとに倍増し、高齢者にとって重要な健康上の合併症となる。CHFに伴う下肢浮腫は、医療合併症および生活の質の低下の主な原因である。浮腫に対する標準的な治療には、電解質バランスの不均衡、高尿酸血症、低血漿量、腎不全などの重大な副作用がある。40 毎日のヒラメ筋刺激が心不全患者の下肢浮腫の軽減に役立つかどうかを評価するため、 駆出率が保たれていると診断された心不全患者6名を対象に、1ヶ月間の介入研究が行われた。41 被験者には、1日最低30分間、ヒラメ筋神経筋刺激を行うよう求め、刺激装置の内部タイマーでコンプライアンスをモニターした。下肢の体液量は二重エネルギーX線吸収測定法（DXA）で評価した。被験者のコンプライアンスは、1日平均0.4時間から1.8時間であった。コンプライアンスの向上は下肢の体液量の減少と関連していた。コンプライアンスが最も低かった被験者（1日あたり0.4時間）は、4週間の試験期間中に下肢の体液を合計200mL失ったが、最もコンプライアンスが高かった被験者（1日あたり1.8時間）は、4週間で下肢の体液を1リットル失った。
高齢者の筋力増強の主な目的は、転倒リスクの低減である。この集団では骨折のリスクが高まるため、転倒は大きな懸念事項である。転倒防止は骨折リスクの重要な要因であるが、骨密度の低下も同様に重要な役割を果たしている。筋肉量と同様に、骨密度も40歳代でピークに達し、その後はゆっくりと低下するが、女性の場合は更年期の周辺でより急速に低下することが多い。 運動介入は、加齢に伴う骨量の減少を遅らせたり、元に戻したりすることに特に有効であるという証拠は示されていないため42、43、高齢者の医療に携わる人々にとって、骨減少症や骨粗鬆症は依然として大きな懸念事項である。
他の組織と同様に、骨も代謝活動を維持するために十分な栄養の流れを必要とするが、骨においては、この栄養の流れは内骨膜面から外骨膜面への体液の流れによって担われている。この皮質を越える体液の流れは、骨髄腔内の血圧と骨の外側の組織液圧との間の圧力差によって生じる。血液が下半身に滞留すると、血圧が低下し、間質液が滞留することで組織圧が上昇し、結果として、皮質を流れる血流を促す液圧勾配が減少する。このプロセスにおいて間質液の滞留が果たす重要な役割と一致するように、骨減少症および骨粗鬆症は上半身よりも下半身においてより深刻な問題である。
ヒラメ筋の刺激は、下肢の体液貯留の減少と心拍出量の増加につながり、皮質間液圧勾配を正常化し、下肢の骨量減少を遅らせる、あるいは逆転させることが期待される。この前提は、ヒラメ筋を活性化させるための足底への微小機械的刺激を取り入れた1年間の研究で検証されている。44 28人の高齢の女性会社員（42～68歳）に、1年間にわたってヒラメ筋刺激装置を毎日使用してもらった。推奨された1日あたりの治療時間は1時間であったが、被験者には自由に刺激を使用するよう促した。腰椎、大腿骨近位部、脛骨近位部の骨密度（BMD）は、登録時と1年目にDXAで測定した。機器の使用状況は、神経筋刺激装置の内部電子時計でモニタリングした。
被験者におけるヒラメ筋刺激の平均使用時間は、1日あたり0.4時間から5時間であった。骨密度の変化は、装具の使用時間と有意な相関関係にあった。介入による最も大きな効果は脛骨で観察され、最もコンプライアンスの低い被験者は1年間に近位脛骨の骨密度の4%を失ったが、一方、平均して1日5時間ヒラメ筋刺激を行った被験者は骨密度が3%増加した（p=0.004）。大腿骨近位部では、同様の傾向が認められたが、骨密度の変化は-1.5%から1.5%の範囲にとどまった（p=0.05）。仮説通り、腰椎の骨密度の変化は最も少なく、最もコンプライアンスの低い被験者は骨密度を1.5%失い、最もコンプライアンスの高い被験者は骨密度の減少は見られなかった。平均すると、3つの部位において、ヒラメ筋刺激を1日2.5時間行うことで、1年間の純粋な骨密度の減少を防ぐのに十分であった（図6）。
図6.
高齢者の間で大きな懸念を引き起こす健康状態は、加齢に伴う認知機能の低下である。脳機能は、高度な血液灌流に極めて依存している。脳の血液量は、体重の2%に過ぎないが、心拍出量の20%を消費する。安静時の活動中に心拍出量が低下すると、安静時の血圧が低下し、脳血流が低下する。拡張期血圧が正常値（80mmHg）より1mmHg下がるごとに、脳血流は1%減少することが示されている。26 高齢者の拡張期血圧は、長時間の座位活動中に20～30mmHg低下するのが一般的であり、脳血流と認知機能への影響は相当なものである。座位活動中の心拍出量がほぼ正常値を維持するように心臓の還元を強化すれば、脳血流と認知機能の改善につながると期待される。
この仮説は、ヒラメ筋刺激を毎日利用した高齢者の認知能力の変化を数ヶ月間にわたってモニタリングした2件のパイロット臨床試験の結果によって裏付けられている。最初の試験では、慢性的に低血圧（安静時DBP < 65mmHg）の高齢者45人（平均年齢82歳）に、ヒラメ筋神経筋刺激装置を1日1時間以上使用してもらった。同年代で安静時血圧が正常なグループ（DBP平均77mmHg）が対照群となった。認知能力は、従来の鉛筆と紙を使ったテスト（ストループテストの一致・不一致課題、トレイルメイキングA・B）で毎週評価した。14週間の介入期間中、介入群のDBPは対照群と同程度まで上昇した。また、トレイルメイキングテストとストループテストの所要時間も、対照群と同等のレベルまで改善した（p=0.0001）。
認知能力の定量的な評価をコンピュータ支援で行うCognivue, Inc.（ニューヨーク州ビクター）を利用した第2の研究でも、同様の時間的認知改善パターンが観察された。ヒラメ筋刺激を毎日行った10人の高齢者（平均年齢78歳）のグループで、認知能力を毎月評価した。平均的な初期認知スコアは0～100の尺度で52であり、50未満は重度の認知障害、75以上は正常な認知機能を意味する。3か月以内に、平均的な認知パフォーマンススコアは正常範囲の閾値を超え、6か月間の研究期間の終了時には、平均的な認知パフォーマンススコアは80を超えた（図7）。
図7.
考察
身体活動は心拍出量を増加させ、その結果として全身の血流が増加する。この血流の増加により、酸素と栄養素の供給が促進され、身体活動を支えるために必要な代謝活動の増加が可能になる。人間の代謝活動は「代謝当量」（METS）で測定され、1 MET はおよそ 1 Kcal/Kg/Hr に相当し、これは基礎代謝率（BMR）と呼ばれるレベルである。 BMR は、人が横臥位で中間温度を維持している際に、組織の成長、維持、修復プロセスを支えるために必要な基本的な代謝機能を維持するために必要なエネルギー量である。
身体活動には骨格筋の活動増加が伴い、心血管系と呼吸器系に高い負荷がかかる。その結果、身体活動はBMRと比較して代謝率を大幅に増加させる。静かに座っている状態では、成人の場合、全身代謝率は約1.3～1.4 METSとなり、これは安静時代謝率（RMR）と呼ばれるエネルギー消費レベルである。立位では1.6～1.8 METsのエネルギー消費が必要であり、ゆっくり歩くと約3 METS、早歩き（中程度の身体活動）では4～6 METSとなる。46 中程度および激しい身体活動はRMRと比較して代謝活動が比較的高いレベルになるが、ほとんどの高齢者にとっては、そのような活動は1日のうち比較的短い時間に行われる。したがって、RMRは通常、高齢者の1日の総エネルギー消費量の50%から70%を占める。47 高齢者については、米国立衛生研究所は、身体的および精神的な健康を維持するために、1週間のうち少なくとも3日間、中程度の運動（4～6 METS）を150分間行うことを推奨している。これは、1日の代謝要求量に追加する量としては比較的少ない。週に2.5時間、4～6 METSの運動を追加すると、代謝要求量は週に10～15 MET-Hour、1日あたりでは約1.4～2.1 MET-Hourとなる。
ここでは、高齢者が座ったままの状態で不随意筋の活動を強化することで、この1日の代謝活動目標を達成する可能性について検討した。高齢者が座った状態では、下半身に体液が溜まることで心拍出量が低下し、通常の安静代謝活動レベルを維持できなくなる。そのため、身体組織の成長、維持、修復が制限される。この心拍出量の低下は、一般的に、ヒラメ筋の萎縮に起因する心臓への還流量の不足が直接的な原因である。これらの筋肉は、直立姿勢の際に心臓への十分な静脈および間質液の還流を維持するために不可欠である。他の筋肉と同様に、ヒラメ筋も適切な刺激を与えることで若返らせることができる。ヒラメ筋の場合は、低レベルで長時間の刺激が必要である。
私たちは、ヒラメ筋への神経筋刺激が、座位での活動中に少なくとも0.4METsの代謝活動を増加させることができることを観察した。この観察結果は、個人が座位でいる間に1日あたり3～4時間ヒラメ筋を刺激すれば、NIHが推奨する最小限の追加的な週単位の代謝活動が得られることを示している。高齢者は平均して1日9時間以上を座位で過ごしているため、この長時間の介入は理にかなっていると思われる。ベッド上やその他の在宅エクササイズと組み合わせることで、筋力やバランス能力の向上に重点的に取り組むことができ、NIHが推奨する週間の活動量の目安の上限値を達成できる可能性もある。
結論
筋肉の質は40代から低下し始め、そのためほとんどの高齢者は筋力の低下、バランス能力の低下、持久力の低下と向き合いながら生活している。これらはすべて健康リスクを高め、生活の質を低下させる。この筋肉の衰えは、身体活動の減少が原因であるが、仕事や家庭生活、娯楽の変化による座ったままの活動時間の増加も原因となっている。有酸素運動や無酸素運動を増やすことで、この進行を遅らせたり、逆転させることができるが、高齢者の場合、自主的な運動プログラム（すなわち、日常生活をこなすのに必要な運動以上の運動）への参加率は一般的に低い。気候変動と異常気象が続いているため、日常的な身体活動レベルを上げたいと考えている高齢者にとっても、その難易度は高まっている。
生理学および臨床研究により、外因性ヒラメ筋刺激は高齢者の下肢の体液貯留を大幅に減少させることが可能であり、その結果、座位での活動中の心拍出量を最大40%まで増加させることが実証されている。このCOの増加により、持続的な0.4 METSの追加エネルギー消費をサポートすることができる。このような外因性ヒラメ筋刺激を1日3～4時間利用するだけで、高齢者向けに公衆衛生機関が推奨する1日あたりのエネルギー消費量1.4 MET-Hourを十分に追加できる。重要なのは、このレベルの非随意運動を毎日行うだけで、高齢者の安静時血圧を正常化し、睡眠障害を軽減し、骨量の減少を防ぎ、認知機能の老化を遅らせる、あるいは逆行させるのに十分であると思われることだ。
高齢者は起きている時間の9時間以上を座って過ごしているため、人が座っているときに作動するヒラメ筋神経筋刺激装置を開発すれば、1日のエネルギー消費量を3MET-時間以上に増やすことができる可能性がある。 気候変動の時代において、安全に身体活動レベルを上げるための時間と機会を見つけるのに苦労している高齢者にとって、ヒラメ筋への外因性刺激は、自発的な身体活動の有益な補完手段となり得ることを提案する。
開示
ケネス・マクロード博士は、神経筋刺激装置のメーカーであるソノスティックス社に株式を保有している。ケネス・マクロード博士は、ソノスティックス社が申請中の特許（#63/628,007）についても報告している。