TKA後のAMIについて

人工膝関節全置換術（TKA）は、重度の膝関節炎を患う患者の痛みを軽減し、機能を改善するために広く行われている手術です。この手術は、関節の痛みや硬直、可動性の低下といった症状を緩和し、患者の生活の質を向上させることを目的としています。しかし、TKAの手術による外傷は、術後の筋力低下や障害を悪化させ、長期的な筋萎縮やさらなる障害を引き起こす可能性があります。特に、術後の初期段階では、膝の伸展力が平均で60～83%低下することが報告されています。この筋力低下は、主に大腿四頭筋の筋活動の欠如、すなわち関節性筋抑制（AMI）によって引き起こされます。

術後回復を促進するためのプログラム

術後回復を最適化し、合併症を減少させるために、ERAS（Enhanced Recovery After Surgery）プログラムが開発されています。このプログラムは、マルチモーダルで学際的なアプローチを採用し、術後の入院期間や合併症のリスクを減少させることが示されています。

関節性筋抑制（AMI）の影響と対策

AMIは、術後の早期回復において大きな課題となります。特に高齢者においては、四頭筋の筋力低下が歩行速度やバランス、階段の上り下り、椅子からの立ち上がり能力に影響を与え、転倒のリスクを高める要因となります。そのため、術後早期にAMIを大幅に軽減することが、長期的なリハビリテーションの成功にとって重要です。今後の研究では、AMIの軽減を目指した新しいアプローチや介入方法の評価が求められています。これにより、TKAを受けた患者の術後の筋機能回復と長期的なリハビリテーションの効果がさらに向上することが期待されます。

関節性筋抑制（AMI）とは

関節性筋抑制 (Arthrogenic Muscle Inhibition, AMI) は、関節の構造が膨張または損傷した後に、関節周囲の筋肉が持続的に反射的に抑制される状態を指します。この状態は特に、人工膝関節全置換術 (TKA) 後に大腿四頭筋に影響を及ぼし、これらの筋肉を効果的に収縮させる能力が低下することが特徴です。AMI の主な原因は、損傷した膝関節からの関節感覚受容器の放電の変化であると考えられています。これらの変化は、脊髄および脳の複数の経路の興奮性を変化させることで中枢神経系に影響を与え、大腿四頭筋の活性化を減少させ、膝の伸展力に影響を与えます。これらの変化に寄与する要因には、局所的な腫れ、炎症、関節の緩み、および関節受容器の損傷が含まれ、これらは TKA 後によく観察されるものです。この求心性入力の乱れは、脊髄レベルでの反射的な抑制を引き起こし、アルファ運動ニューロンの興奮性を低下させます。時間が経つにつれて、求心性入力の急性変化は高次の脳領域に神経可塑性の適応を引き起こし、運動皮質が下降信号を送る方法に影響を与えます。これにより、アルファ運動ニューロンの活性化と筋収縮がさらに減少します。

関節性筋抑制（AMI）の測定方法について

直接的な測定方法

Interpolated Twitch Technique: 最大随意収縮中に大腿四頭筋を表面電極で電気刺激します。この方法では、随意収縮に誘発された刺激を重ねることで、中枢神経系によって活性化されていない筋線維を活性化します。追加の筋力は初期の随意力と線形関係にあります。
Burst Superimposition

間接的な測定方法

随意力の出力: 筋力は電気機械式またはハンドヘルドダイナモメトリーで測定されます。手術前後の大腿四頭筋の最大随意収縮力を比較することで、AMIの程度を間接的に評価できます。
臨床的大腿四頭筋活性化バッテリー: 等尺性大腿四頭筋収縮、ストレートレッグレイズ、大腿四頭筋伸展遅延テストなどを含みます。各テストは0（実行不能）から2（完全に実行可能）までのスケールで評価され、合計スコアがパフォーマンスを示します。低いスコアは大腿四頭筋の活性化が不十分であることを示します。

TKA後のAMI/大腿四頭筋筋力回復のタイムライン

膝関節の腫れもAMIに関連しています。関節液を操作する介入、例えば腫れた膝関節から液体を吸引することは、大腿四頭筋のAMIや膝伸展力を変える可能性があります。この関係は、膝の水腫が大腿四頭筋の力を即座に減少させることを示した研究で実証されています。

人工膝関節置換術（TKA）後の大腿四頭筋の回復は、術後すぐの大幅な低下と時間をかけた徐々な回復という特定のタイムラインに従います。術後直後には大腿四頭筋の力が著しく低下し、特に術後3日目に最大の低下が観察されます。この筋力は術後3ヶ月でも術前のレベルよりもかなり低く、術後6ヶ月では完全には回復しません。術後12ヶ月には大腿四頭筋の筋力は術前の値と比較して大幅に改善し、術後2年でプラトーに達し、そのレベルは術後5年まで維持されます。筋力の初期低下は主に関節性筋抑制（AMI）に起因し、これは急性術後期に最も深刻であり、術後の筋力低下に大きく寄与します。大腿四頭筋の筋力回復は、年齢、性別、体格指数（BMI）などの要因によって影響を受け、これらの要因はTKA後の筋力自発的回復（MVS）の結果に影響を与えることがあります。

AMIの軽減方法

過去に行われた膝関節全置換術（TKA）後の大腿四頭筋の関節性筋抑制（AMI）を軽減するための取り組みには、いくつかの戦略が含まれています。以下は、これまでに試みられた主な方法です。

炎症と腫れの軽減

抗炎症薬とトラネキサム酸: これらの薬剤は、術後の炎症を軽減し、AMIの発生を抑えるために使用されますが、効果は限定的です。
冷却療法（クライオセラピー）: 冷却療法は、術後の腫れを減少させ、筋力回復を助けることが示されています。
圧迫ガーメント: 非弾性の圧迫ガーメントは、腫れを抑え、筋力回復を促進する可能性があります。

神経的アプローチ

神経筋電気刺激（NMES）: NMESは、筋力を強化し、AMIを軽減するために使用される有望な方法です。
自発的筋収縮: 自発的な筋収縮を促すことも、筋力回復に寄与する可能性があります。

手術技術の改善

最小侵襲手術（MIS）: 手術による組織へのダメージを最小限に抑えることで、術後のAMIを軽減することが期待されています。

リハビリテーション

高強度リハビリテーション: 高強度のリハビリテーションは、筋萎縮を防ぎ、筋力を回復させるために効果的です。

以下に各論を詳しく見ていきます。

寒冷療法

クリオセラピーは、膝の腫れによって引き起こされる*関節性筋抑制（AMI）*を軽減する効果があります。特に、実験的に膝に液体を注入して腫れを引き起こした場合、冷却によって大腿四頭筋のトルクと筋繊維伝導速度が有意に増加することが示されています。
しかし、全膝関節置換術（TKA）後の腫れや膝伸展筋力に対するクリオセラピーの効果については、一貫した結果が得られていません。ある研究では、30分間の冷却が膝伸展筋力に急性の影響を与えないことが示されています。

炎症への影響

クリオセラピーは、膝関節炎における炎症性サイトカインのレベルを低下させることが示されています。具体的には、インターロイキン6（IL-6）、インターロイキン1β（IL-1β）、血管内皮成長因子（VEGF）などのレベルが低下します。

痛みと可動域への影響

クリオセラピーは、TKA後の痛みを軽減する可能性がありますが、証拠の質が低いため、結果は一貫していません。
ある研究では、クリオセラピーを伴う初期のリハビリテーション運動プログラムが、膝の可動域、痛み、浮腫、歩行に効果的であることが示されています。

これらの結果から、クリオセラピーは特定の状況下で有用である可能性があるものの、その効果は状況や個人によって異なるため、適切な使用が求められます。

薬物療法におけるコルチコステロイドとトラネキサム酸の効果コルチコステロイド

コルチコステロイドは、関節リウマチ患者における術後の炎症を抑えるために使用されることがあります。特に、メチルプレドニゾロンの高用量投与は、術後の炎症を効果的に減少させることが示されています。Lindberg-Larsenらの研究では、人工膝関節全置換術（TKA）を受ける患者を対象に、メチルプレドニゾロンと生理食塩水を投与したグループで比較を行い、メチルプレドニゾロン投与群で術後の炎症が有意に減少したことが報告されています（CRPレベルの低下）。しかし、腫れ、痛み、機能的パフォーマンス、膝伸展力には影響が見られませんでした。

トラネキサム酸

トラネキサム酸は、主に術後の出血を最小限に抑えるために使用される薬剤で、結果として下肢の腫れを減少させる可能性があります。Ishidaらの研究では、トラネキサム酸を関節内注射したグループと生理食塩水を注射したグループを比較し、トラネキサム酸投与群で術後1週間の腫れが有意に減少したことが示されています。また、Huangらの研究では、トラネキサム酸の局所および静脈内投与の組み合わせが、単独の静脈内投与に比べて術後の膝の腫れを減少させることが示されました。これらの研究から、コルチコステロイドは術後の炎症を減少させるが、腫れや筋力には直接的な効果がないことが示唆され、トラネキサム酸は腫れを減少させる可能性があるが、筋力への影響についてはさらなる研究が必要です。

腫脹について

人工膝関節全置換術（TKA）後の膝関節の腫れを軽減することは、四頭筋の関節運動障害（AMI）を減少させるために重要です。手術によって引き起こされる膝の腫れの程度は、急性の膝伸展力の低下の大きさと関連していることが観察されています。実験モデルでは、60 mLの関節内液の注入により膝伸展力が平均30%減少し、健康な膝に5 mLの生理食塩水を注入するだけでも膝伸展力が低下することが示されています。膝関節の腫れに対する介入は、膝関節の感覚神経からの信号伝達の増加を介して四頭筋のAMIの間接的な指標（膝伸展力）を変化させる可能性があります。しかし、TKA直後の臨床的な膝の腫れを減少させることと四頭筋の活性化の関係については、さらなる調査が必要です。

TKA後の腫れは、リハビリテーションの過程や結果に深刻な影響を与える可能性があります。腫れは筋肉の活性化と強度を低下させ、リハビリテーションの遅れを引き起こすことがあります。また、関節の動きが制限され、運動が妨げられるため、早期の術後の関節の可動性に影響を与えることがあります。

したがって、TKA後の腫れを早期に介入して予防することが、術後の結果を改善するために重要です。腫れを軽減するための介入には、抗炎症薬、トラネキサム酸、冷却療法、関節内ドレーン、止血帯、最小侵襲手術技術などが含まれますが、これらは術後早期の四頭筋AMIの間接的および直接的な指標を減少させる効果は限定的であるとされています。

関節内ドレーンの使用

関節内閉鎖吸引ドレーンは、主に全膝関節置換術（TKA）後の関節内血腫の形成を防ぎ、創傷治癒を促進し、関連する合併症を減少させることを目的として使用されます。しかし、これらの効果が実際に得られるかどうかについては議論があります。

研究結果と見解

効果の有無: 2016年の系統的レビューとメタアナリシスでは、TKAにおける閉鎖吸引ドレーンの使用が感染率、血液損失、創傷血腫、痛み、深部静脈血栓症、または可動域といった重要な結果に改善をもたらさないと結論付けられています。
臨床試験の結果: Jenningsらの研究では、同時両側TKAを受けた患者において、片方の脚に閉鎖吸引ドレーンを、もう片方に偽ドレーンを使用し、筋力や関節内の腫れを測定しましたが、どの時点においても有意な差は見られませんでした。
血液損失と合併症: 吸引ドレーンの使用は、血液損失を増加させ、輸血の必要性を高める可能性があるとされています。また、ドレーンの使用により入院期間が延びることも報告されています。
トラネキサム酸の使用: トラネキサム酸（TXA）の使用により、血液損失が減少し、ドレーンの有無にかかわらず術後の結果に影響を与えないことが示されています。これにより、現代の手術技術においてドレーンの必要性が疑問視されています。

現時点での証拠に基づくと、TKAにおける関節内閉鎖吸引ドレーンの使用は、術後の結果において顕著な改善をもたらさないとされています。特にトラネキサム酸の使用が一般的になっている現在では、ドレーンの役割が再評価されています。ドレーンの使用は依然として議論の余地があり、さらなる研究が必要とされています。

圧迫療法について

弾性圧迫ストッキング（TEDストッキング）は、人工膝関節全置換術（TKA）後の血栓塞栓症予防として一般的に使用されていますが、薬理学的予防を併用している外科患者において深部静脈血栓症（DVT）のリスクを低減するかどうかは明確ではありません。また、TKA後の腫れのコントロールには効果がないことが示されています。これに対して、医療用の非弾性圧迫（20 mmHg以上）は、腫れた肢に適用することで間質液の生成を減少させ、筋肉が比較的非弾性のバリアに対して収縮する際の筋肉ポンプの効率を向上させ、流体の逆流を防ぐ効果があります。

過去の研究では、非弾性圧迫がTKA後の腫れのコントロールに効果があるかどうかについては結論が出ていませんが、これはいくつかの重要な側面で制限されていました。例えば、圧迫が不十分であったり（TEDストッキングなど）、非標準化された適用（ラップなど）があったりしました。また、圧迫が手術後48時間以内に適用されることが多く、膝のみへの局所的な圧迫が行われることがありました。

最近の研究では、非弾性の調整可能な圧迫衣、手動リンパドレナージマッサージ、および家庭での運動プログラムを含む多面的な腫れコントロール介入が、標準的な弾性の非調整可能なTEDストッキングを使用した歴史的な対照群と比較して調査されました。この介入はTKA後の3日目または4日目に開始され、術後の腫れが2週間後に単一周波数の生体電気インピーダンスで測定されました。結果として、多面的な腫れ介入群は、対照群と比較して術後2週間で腫れが少ないことが示されました。

この結果は、非弾性圧迫衣がTKA後の膝の腫れを改善する可能性があることを示唆していますが、研究デザインやサンプルサイズの小ささに関する制限があるため、さらなる研究が必要です。将来的な研究では、非弾性圧迫衣の早期適用（術後直後）を探求し、腫れの正確な測定と筋力および活性化の測定を組み合わせて、圧迫衣がAMIに及ぼす影響を理解する必要があります。

関節穿刺

関節穿刺（アスロセンテシス）は、関節から余分な液体を吸引するための手技で、特に膝関節においては、腫れを減少させ、痛みや機能を改善することを目的としています。この手技は、膝関節炎などの臨床集団で研究されており、結果は様々です。

関節穿刺の効果と研究

筋力の向上: Fahrerら、Geborekら、Riceらの研究では、慢性的な膝関節炎による腫れを持つ個人に対して関節穿刺を行い、15 mLの関節内液体を吸引することで筋力が向上することが示されました。
筋活動の変化: 一方で、Geborekらの研究では、表面筋電図で測定した筋活動に変化が見られなかったことが報告されています。また、Jonesらの研究では、膝の変形性関節症（OA）または慢性炎症性関節炎を持つ個人に対して関節穿刺を行っても、筋活動の有意な増加は見られませんでした。

関節穿刺の安全性とリスク

関節穿刺は一般的に安全とされていますが、医原性感染症のリスクがあるため、その治療的利益とリスクを慎重に考慮する必要があります。

今後の研究の必要性

慢性的な腫れに対する関節穿刺の効果が混在していることから、手術後の急性腫れに対する効果を探るために、特に人工膝関節置換術（TKA）後の急性期に介入する研究が求められています。TKA後の腫れを効果的に管理する治療法が限られているため、術後早期の腫れの管理が筋抑制（AMI）を軽減できるかどうかをさらに調査する必要があります。関節穿刺は、診断的および治療的な目的で行われる手技であり、関節の腫れや痛みを緩和し、可動域を改善することが期待されます。しかし、効果は個々の症例によって異なり、さらなる研究が必要です。

リハビリテーション

自発的筋収縮と神経駆動:
- 大腿四頭筋の自発的な筋収縮は、神経駆動を増加させる効果があります。これは、抵抗運動を行う健康な被験者でも観察されており、短期間の高強度抵抗運動が神経抑制を減少させることが示されています。
膝の腫れと筋力回復:
- 臨床的な膝の腫れの実験モデルでは、サブマキシマルな大腿四頭筋の収縮が膝伸展の筋力を元のレベルに戻すことが示されています。これは、関節内の圧力を減少させることでメカノレセプターの放電を減少させる可能性があります。
ACL再建手術とリハビリテーション:
- ACL再建手術を受けた患者は、異なる形の運動療法により大腿四頭筋の活性化が改善されることが示されています。
TKA後のリハビリテーション:
- 膝関節全置換術（TKA）後の患者を対象にした研究では、10RMの負荷をかけた大腿四頭筋の疲労性筋収縮が神経駆動を増加させることが示されています。しかし、高強度のリハビリテーション運動が通常のケアと比較して機能的なパフォーマンスや筋力を改善することは確認されていません。
今後の研究の方向性:
- 自発的な筋収縮が膝関節の腫れを軽減する可能性があるとされており、これは神経駆動を増加させるメカニズムとは異なる可能性があります。この効果はまだ正式には研究されていないため、さらなる探求が必要とされています。

神経筋電気刺激（NMES）

神経筋電気刺激（NMES）は、筋力強化の補助として広く利用されている方法です。健康な個人や病的な筋力低下を抱える人々、そして前十字靭帯再建術（ACLR）を受けた人々において、NMESは筋力の向上に寄与することが示されています。特に、全膝関節置換術（TKA）後においては、NMESは大腿四頭筋への神経駆動を増加させ、自発的な努力だけでは得られない強度の筋収縮を可能にすることを目指しています。これにより、筋力強化を最適化するための十分なトレーニング量を確保し、関節運動誘発性筋抑制（AMI）を克服することが期待されます。NMESは、TKA後の高齢者においても、推奨される収縮（最大随意等尺性収縮の25%から50%）を誘発するのに十分な電流強度を耐えることができるとされています。Stevens-Lapsleyらの研究では、標準化されたリハビリテーションにNMESを組み合わせたグループが、術後3.5週および1年後に筋力、自己報告およびパフォーマンスベースの測定で対照群よりも有意に改善を示しました。特に、術後3.5週の時点で、NMESグループの大腿四頭筋の筋力は対照群よりも約30%優れていました。さらに、Kittlesonらのレビューによれば、術後早期かつ頻繁に高強度でNMESを行うことで、AMIを克服し、大腿四頭筋の筋力低下を軽減することができるとされています。NMESは、TKA後の大腿四頭筋のAMIを軽減するための有望な手段であり、今後の研究でその効果をさらに探求することが求められています。

ターニケット

ターニケットは、人工膝関節全置換術（TKA）において、手術野の視認性を向上させ、出血を最小限に抑え、セメント固定を改善するために使用されます。しかし、ターニケットの使用は、筋肉の虚血、浮腫、微小血管の損傷を引き起こす可能性があり、これが下肢の筋機能に悪影響を及ぼす懸念があります。これらの影響は、特に術後早期の筋力回復に関連しており、術後の筋力低下や自己報告による機能の悪化が観察されています。

ターニケットを使用したTKAでは、術後の筋肉量の減少や、術後1日目および3日目の直脚挙上能力の低下が報告されています。これにより、術後早期の筋力回復が遅れる可能性があります。しかし、ランダム化臨床試験では、ターニケットの使用が他の主要な膝手術（例えば、前十字靭帯再建術）やTKA後の筋力低下に寄与するという明確な証拠は見つかっていません。

デニスらの研究では、ターニケットを使用した群と未使用の群で術後3週間および3ヶ月後の筋力に若干の差が見られましたが、術後2日目には有意な差はありませんでした。これに基づき、ターニケットの使用が術後早期の筋力に与える影響は限定的であると考えられます。全体として、ターニケットの使用がTKA後の筋力回復や機能に与える影響については、明確な結論が出ておらず、さらなる研究が必要とされています

最小侵襲人工膝関節置換術

最小侵襲人工膝関節置換術（TKA）は、従来の方法と比較して小さな切開と異なる手術技術を用いることで、手術による外傷を軽減することを目的としています。この手法は、痛みの軽減や機能回復の向上を目指しており、短期的な臨床研究では、従来のTKAと比較して痛みや腫れが少なく、機能が改善される可能性が示唆されています。しかし、最小侵襲TKAの利点については議論があります。いくつかの研究では、手術後の早期回復や入院期間の短縮が報告されていますが、長期的な結果においては、従来のTKAと大きな差は見られないことが多いです。また、最小侵襲TKAは技術的に難しく、特別な器具や訓練が必要であるため、普及が進んでいないという課題もあります。Stevens-Lapsleyらによるランダム化比較試験では、最小侵襲TKAと従来のTKAを比較し、術後4週目にハムストリングの強度が改善されたものの、四頭筋の強度には有意な改善が見られず、機能的なパフォーマンスの向上にはつながらなかったと報告されています。また、他の時点での臨床的に意味のある差異も観察されませんでした。これらの結果から、最小侵襲TKAは短期的な回復においていくつかの利点があるものの、長期的な機能改善や他の臨床的な利点においては、従来のTKAと大きな違いがないことが示唆されています。したがって、最小侵襲TKAの選択は、患者の具体的な状況や手術チームの技術に依存することが多いです。

まとめ

人工膝関節全置換術（TKA）を受ける患者において、抗炎症薬、トラネキサム酸、冷却療法、関節内ドレーン、止血帯、最小侵襲手術技術の使用は、術後早期の大腿四頭筋の筋抑制（AMI）の直接的および間接的な指標を軽減する効果が限定的であることが示唆されています。慢性的な腫れに対する治療的関節穿刺の効果が混在していることを考慮すると、TKA患者における将来の研究では、急性期の腫れに対して早期に介入することが重要であると考えられます。さらに、非弾性圧迫衣、随意筋収縮、神経筋電気刺激などの介入は、AMIの間接的または直接的な指標を軽減または回避する可能性があり、今後も改良と研究が続けられるべきです。