筋紡錘とは?~リハビリに役立つ神経生理学~

実習の最中にも関わらず、国家試験の勉強に余念がないPT・OTの学生の皆様こんばんは。

筋紡錘って言葉、伸張反射、筋緊張に関与しているらしいけど…、正直しっかり考えたことないかもって人、多いと思います。個人的に筋紡錘に関しては、うろ覚えの代表格だと思っております。

今日、筋紡錘の役割と機能と完璧に覚えてしまって、うろ覚えからサヨナラしましょう!

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筋紡錘のメカニズム

それではまず各名称を解剖学的に覚え、かつ各組織の生理学的な役割を図で説明していきたいと思います。

受容器の存在

筋紡錘は骨格筋の中に潜り込んでいる6~8mmの紡錘状の固有受容器になります。筋紡錘の中央は筋の長さを感じ取る受容器があり、これ自体は収縮することなくただ事務的に刺激を検出するためだけに存在しています。

錘内筋の存在

そして受容器の両端には錘内筋線維が存在し、左右から引っ張ることで受容器が「引っ張られた」と感じることが出来ます。よってこの錘内筋が緩んでいると遊びが生じるため受容器の検出は鈍感になります。この受容器と錘内筋を合わせて「筋紡錘」と呼びます。また、そのままですが錘内筋以外を錘外筋と呼び、この2つは連結しております。

Ⅰa線維の存在

そして受容器が「筋が伸びた!」と感じた情報を伝える感覚神経にⅠa(ワンエー)線維があり、求心性に情報を伝えます。この情報をどこに伝えるかは後ほど説明したいと思います。

Γ 線維の存在

錘内筋の収縮には運動神経からの指令が必要になります。この錘内筋を支配するのがΓ(ガンマ)線維(運動神経)になります。ガンマ運動ニューロンなどとも呼び、この神経の興奮状態によって受容器の感受性が変わってきます。

このガンマ線維は錐体外路なので、錐体路の支配を受けています。よって脳卒中片麻痺患者など、錐体路徴候が出現することで、ガンマ運動ニューロンの活動が亢進してしまうため、筋緊張の亢進(痙縮)や深部腱反射の亢進が起こります。

またここで重要なのはⅠa線維は感覚神経で求心性に働き、Γ線維は運動神経で遠心性に働くということです。この後も出てきますので、頭を整理するためにもう1度言います、

ⅠとかⅡなどのローマ数字は感覚神経

α とか Γ などのギリシャ文字は運動神経 になります。

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効果器への反応

これまでの説明により筋紡錘の役割は「筋が伸ばされた」という情報を、Ia線維に伝えるものだということが解かりました。次は、その情報はどう処理されるのか、どこに伝えらえるのかという説明に移りたいと思います。

繰り返しますがIa線維は感覚神経なので、脊髄後索から脊髄に入ります。しかしこの情報を処理する中枢は脊髄になりますので、その情報は脳へと上行しません。情報は脊髄をすり抜けて、同筋と拮抗筋にそれぞれ違った反応を起こすことになります。

同筋への効果

例えば大腿四頭筋が伸ばされた情報は、脊髄でα運動ニューロンに伝えられます。そしてα運動ニューロンの興奮は大腿四頭筋を収縮させることになります。

膝蓋腱反射では、

膝蓋腱を叩打

⇒ 大腿四頭筋の筋紡錘が伸張

⇒ Ia線維が脊髄に情報を伝える

⇒ α線維が情報を受け取る

⇒ 大腿四頭筋を収縮させる 

このような順で腱反射が出現します。

これら一連の組織やメカニズムを合わせて

反射弓(はんしゃきゅう)と呼びます。

要するに深部腱反射は、急な伸張により筋が損傷しないための防衛機構だといえます。雪道で足を滑らせた時や、仰向けで寝ている時に子供が飛び乗ってきた時、このメカニズムのありがたみを痛感します!

拮抗筋への効果

先ほどの例では急激に伸ばされた大腿四頭筋は、脊髄からα運動ニューロンに乗り換えたインパルスにより収縮します。その際、拮抗筋であるハムストリングスが大腿四頭筋の収縮を邪魔させないよう、筋の緊張を緩める働きも起こります。

Ia線維からの入力は2つのα線維とシナプス結合することになります。

1つ目は、

同筋へのα線維を興奮させるため

2つ目は、

拮抗筋へのα線維を抑制させるため

です。

これらの2つの効果を出すためには、筋紡錘の働きが重要なんですね。

ストレッチへの応用

相反抑制支配されている筋はこのような作用があるため、筋力訓練やストレッチに応用できます。先ほどの例を挙げると、大腿四頭筋のα運動ニューロンの興奮は、ハムストリングスのα運動ニューロンを抑制に繋がります。

例えば抵抗運動!

膝の伸展運動に徒手で抵抗掛けたり、セラバンドや重錘などで大腿四頭筋をガンガン収縮させることで、大腿四頭筋のα運動ニューロンは興奮状態になります。反対に運動後にはハムストリングスは抑制状態となり、筋が弛緩します。これをIa抑制と呼び、持続的な伸張では効果が得られない場合などに使用されます。

反対に大腿四頭筋の筋発揮を促通したい場合には、ストレッチなどでハムストリングスのα運動ニューロンを抑制してあげることになります。

ストレッチや筋力訓練により骨格筋のコンディショニングを行う際のテクニックとして覚えて頂ければと思います。

おわりに

さて、今回は筋紡錘の役割とそのメカニズムニついて説明してみました。国家試験でも出題されることのある筋紡錘。知っていて損はないと思います。また深部腱反射の検査を行う際にもきっと役に立つ知識だと思います。これから実習が始まる学生さんには、過去の記事も合わせて読んで頂ければと思います。

それでは今日はこの辺りで、アドュー!

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