Physiology · 8.8
筋機能の脊髄上位による調節。姿勢反射。
Supraspinal regulation of muscle functions. Postural reflexes.
🧠 運動制御は「外側系=意識的操作」と「内側系=無意識unconscious無意識(unconscious)unconscious(無意識)的姿勢」という二重構造を持ち、脳幹(前庭核vestibular nucleus前庭核(vestibular nucleus)vestibular nucleus(前庭核)、vestibular nucleus・橋網様体pontine reticular formation橋網様体(pontine reticular formation)pontine reticular formation(橋網様体)、pontine reticular formation)は筋緊張を高める興奮性センターとして、大脳皮質・赤核red nucleus赤核(red nucleus)red nucleus(赤核)はそれを抑制するブレーキとして対抗する。 除脳decerebration除脳(decerebration)decerebration(除脳)(赤核red nucleus赤核(red nucleus)red nucleus(赤核)を含まない)・除皮質(decortication、赤核red nucleus赤核(red nucleus)red nucleus(赤核)を含む)という2段階の実験的離断avulsion離断(avulsion)avulsion(離断)は、このブレーキが階層的に外れていく様子をそのまま可視化する。
脊髄上位運動制御の枠組み
脊髄上位upper上位(upper)upper(上位)の運動制御は延髄・中脳・小脳+大脳基底核・運動皮質motor cortex運動皮質(motor cortex)motor cortex(運動皮質)を基盤とする。運動は意識的(外側路lateral pathway外側路(lateral pathway)lateral pathway(外側路))にも無意識unconscious無意識(unconscious)unconscious(無意識)的(内側路medial pathway内側路(medial pathway)medial pathway(内側路))にも制御されうる(錐体路・錐体外路という用語はここでは用いない)。
| 外側路lateral pathway外側路(lateral pathway)lateral pathway(外側路) | 内側路medial pathway内側路(medial pathway)medial pathway(内側路) | |
|---|---|---|
| 走行 | 脊髄外側索lateral funiculus脊髄外側索(lateral funiculus)lateral funiculus(脊髄外側索) | 脊髄腹側索ventral funiculus脊髄腹側索(ventral funiculus)ventral funiculus(脊髄腹側索) |
| 機能 | 意識的な操作・運動協調 | 姿勢反射(体幹筋)・協調 |
| 関連する動き | 手指の操作 | 立位保持 |
脳幹・皮質から脊髄への主要伝導路
外側路
| 伝導路 | 起始・特徴 |
|---|---|
| 外側皮質脊髄路lateral corticospinal tract外側皮質脊髄路(lateral corticospinal tract)lateral corticospinal tract(外側皮質脊髄路)(80%) | 錐体交叉pyramidal decussation錐体交叉(pyramidal decussation)pyramidal decussation(錐体交叉)。α運動ニューロンと直接・間接シナプスを形成、ヒト・チンパンジー特有 |
| 赤核脊髄路rubrospinal tract赤核脊髄路(rubrospinal tract)rubrospinal tract(赤核脊髄路) | 赤核red nucleus赤核(red nucleus)red nucleus(赤核)から脊髄へ。頸筋+一部の上肢大筋を支配し上肢の屈曲反射withdrawal reflex屈曲反射(withdrawal reflex)withdrawal reflex(屈曲反射)に関与 |
| 外側皮質延髄路lateral corticobulbar tract外側皮質延髄路(lateral corticobulbar tract)lateral corticobulbar tract(外側皮質延髄路) | 下位lower下位(lower)lower(下位)顔面筋+舌を支配 |
内側路
| 伝導路 | 起始・特徴 |
|---|---|
| 前皮質脊髄路anterior corticospinal tract前皮質脊髄路(anterior corticospinal tract)anterior corticospinal tract(前皮質脊髄路)(20%) | 非交叉性uncrossed非交叉性(uncrossed)uncrossed(非交叉性)。内側に位置する筋を両側性に活性化 |
| 前皮質延髄路anterior corticobulbar tract前皮質延髄路(anterior corticobulbar tract)anterior corticobulbar tract(前皮質延髄路) | — |
| 前庭脊髄路vestibulospinal tract前庭脊髄路(vestibulospinal tract)vestibulospinal tract(前庭脊髄路) | 外側部lateral side外側部(lateral side)lateral side(外側部)は半規管semicircular canals半規管(semicircular canals)semicircular canals(半規管)から、内側部medial side内側部(medial side)medial side(内側部)は耳石器Otolith organs耳石器(Otolith organs)Otolith organs(耳石器)+半規管semicircular canals半規管(semicircular canals)semicircular canals(半規管)から入力を受ける |
| 橋網様体脊髄路pontine reticulospinal tract橋網様体脊髄路(pontine reticulospinal tract)pontine reticulospinal tract(橋網様体脊髄路) | 主に興奮性 |
| 延髄網様体脊髄路medullary reticulospinal tract延髄網様体脊髄路(medullary reticulospinal tract)medullary reticulospinal tract(延髄網様体脊髄路) | 主に抑制性 |
| 視蓋脊髄路tectospinal tract視蓋脊髄路(tectospinal tract)tectospinal tract(視蓋脊髄路) | 上丘superior colliculus上丘(superior colliculus)superior colliculus(上丘)から脊髄へ。視覚・聴覚刺激に応答 |
脳幹の網様体核・前庭核
脳幹には身体の運動に影響する複数の核がある。脳幹は運動ニューロン・介在ニューロンを興奮させ、筋の固縮rigidity固縮(rigidity)rigidity(固縮)を高める傾向を持つ。
| 作用 | 核 | 効果 |
|---|---|---|
| 興奮性 | 前庭核vestibular nucleus前庭核(vestibular nucleus)vestibular nucleus(前庭核)、橋網様体pontine reticular formation橋網様体(pontine reticular formation)pontine reticular formation(橋網様体)核 | 頸筋・体幹筋(姿勢・バランス維持)、抗重力筋antigravity muscle抗重力筋(antigravity muscle)antigravity muscle(抗重力筋)、眼球運動を興奮させる |
| 抑制性 | 大脳皮質、赤核red nucleus赤核(red nucleus)red nucleus(赤核)、内側網様体medial reticular formation内側網様体(medial reticular formation)medial reticular formation(内側網様体) | 脳幹による過度の固縮rigidity固縮(rigidity)rigidity(固縮)を制限する「高位high高位(high)high(高位)中枢」として機能 |
⚠️ 高位high高位(high)high(高位)中枢からの制御がなければ、中脳は全体的な筋緊張を高め続けようとする。 除脳decerebration除脳(decerebration)decerebration(除脳)・除皮質はこの抑制系が失われた状態を人為的に再現する。
姿勢反射
姿勢反射(postural reflex、脳幹が制御)は、立位・移動時に重力gravity重力(gravity)gravity(重力)の影響下で平衡を保つための自動的な運動である。姿勢・バランス・運動の円滑さを維持する。橋延髄接合部pontomedullary junction橋延髄接合部(pontomedullary junction)pontomedullary junction(橋延髄接合部)または赤核red nucleus赤核(red nucleus)red nucleus(赤核)より上位upper上位(upper)upper(上位)で脳幹と皮質を離断avulsion離断(avulsion)avulsion(離断)する除脳decerebration除脳(decerebration)decerebration(除脳)・除皮質によってこれらの反射の局在が可視化される(脳損傷・病変でも同様の現象が生じる)。
除脳
高位high高位(high)high(高位)中枢(皮質・赤核red nucleus赤核(red nucleus)red nucleus(赤核)・小脳)が中脳の全体的な興奮効果を抑制できなくなり、身体の固縮rigidity固縮(rigidity)rigidity(固縮)が亢進する。
緊張性迷路反射tonic labyrinthine reflex緊張性迷路反射(tonic labyrinthine reflex)tonic labyrinthine reflex(緊張性迷路反射):頭部の位置(前後)が変化すると前庭系vestibular system前庭系(vestibular system)vestibular system(前庭系)が活性化し反射を引き起こす。頸筋(筋紡錘muscle spindle筋紡錘(muscle spindle)muscle spindle(筋紡錘)が豊富)の伸張変化→頸部固有受容器proprioceptor固有受容器(proprioceptor)proprioceptor(固有受容器)の活性化→反射が生じる(主に動物、特にネコで観察される):
- 頭部が横に傾く→同側の四肢が伸展
- 頭部が上を向く→後肢が屈曲
- 頭部が下を向く→前肢が屈曲
除皮質
赤核red nucleus赤核(red nucleus)red nucleus(赤核)が存在し下位lower下位(lower)lower(下位)中枢に影響を与える:
- 下肢(伸筋):赤核脊髄路rubrospinal tract赤核脊髄路(rubrospinal tract)rubrospinal tract(赤核脊髄路)により強い固縮rigidity固縮(rigidity)rigidity(固縮)
- 上肢(屈筋):橋網様体脊髄路pontine reticulospinal tract橋網様体脊髄路(pontine reticulospinal tract)pontine reticulospinal tract(橋網様体脊髄路)+前庭脊髄路vestibulospinal tract前庭脊髄路(vestibulospinal tract)vestibulospinal tract(前庭脊髄路)により刺激される
- 下肢は伸筋緊張が残るが、上肢は屈曲する
- 赤核red nucleus赤核(red nucleus)red nucleus(赤核)が上肢の筋緊張を抑制するため固縮rigidity固縮(rigidity)rigidity(固縮)は減弱する
- 眼球運動:眼振、視運動反射optokinetic reflex視運動反射(optokinetic reflex)optokinetic reflex(視運動反射)、前庭動眼反射vestibulo-ocular reflex前庭動眼反射(vestibulo-ocular reflex)vestibulo-ocular reflex(前庭動眼反射)
- 立ち直り反射:身体が正常な直立位から外れた際に姿勢を修正する反射
大脳皮質による運動制御
運動皮質motor cortex運動皮質(motor cortex)motor cortex(運動皮質)(中心前回precentral gyrus中心前回(precentral gyrus)precentral gyrus(中心前回)、precentral gyrus)は随意運動voluntary motor function (voluntary movement)随意運動(voluntary motor function (voluntary movement))voluntary motor function (voluntary movement)(随意運動)の中枢であり、それに伴う動機づけmotivation動機づけ(motivation)motivation(動機づけ)・計画も担う。この領域は筋緊張の調節や精密な感覚-運動協調を要する運動も制御する。
| 領域 | Brodmann野 |
|---|---|
| 一次運動野primary motor cortex一次運動野(primary motor cortex)primary motor cortex(一次運動野) | 4野 |
| 運動前野premotor cortex運動前野(premotor cortex)premotor cortex(運動前野)+補足運動野supplementary motor area補足運動野(supplementary motor area)supplementary motor area(補足運動野) | 6野 |
| 前頭眼野frontal eye field前頭眼野(frontal eye field)frontal eye field(前頭眼野) | 8野 |
運動活動の段階
① 筋緊張の調節(固縮rigidity固縮(rigidity)rigidity(固縮)↓):皮質は中脳由来(前庭核vestibular nucleus前庭核(vestibular nucleus)vestibular nucleus(前庭核)・橋網様体pontine reticular formation橋網様体(pontine reticular formation)pontine reticular formation(橋網様体)核)の固縮rigidity固縮(rigidity)rigidity(固縮)を抑制しようとする——伸筋を抑制し屈筋を刺激する。
② 随意運動voluntary motor function (voluntary movement)随意運動(voluntary motor function (voluntary movement))voluntary motor function (voluntary movement)(随意運動)の発現・計画・実行:
flowchart TD
A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='association cortex'>連合野</span>の活性化(運動の約800ms前)"] --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='supplementary motor area'>補足運動野</span>の活性化(約500ms前)"]
B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='premotor cortex'>運動前野</span>の活性化(約5ms前)"]
C --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='primary motor cortex'>一次運動野</span>の活性化(0ms)"]
D --> E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='medial pathway'>内側路</span>(<span class='jp-term jp-term-diagram' title='anterior corticospinal tract'>前皮質脊髄路</span>)で体幹姿勢を安定化"]
E --> F["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='lateral pathway'>外側路</span>(<span class='jp-term jp-term-diagram' title='lateral corticospinal tract'>外側皮質脊髄路</span>)で外側の筋を活性化し運動を実行"]
随意運動voluntary motor function (voluntary movement)随意運動(voluntary motor function (voluntary movement))voluntary motor function (voluntary movement)(随意運動)を行う際は、まず内側路medial pathway内側路(medial pathway)medial pathway(内側路)(前皮質脊髄路anterior corticospinal tract前皮質脊髄路(anterior corticospinal tract)anterior corticospinal tract(前皮質脊髄路))が体幹姿勢を安定化させ、その数ミリ秒後に運動に寄与する外側の筋群が外側皮質脊髄路lateral corticospinal tract外側皮質脊髄路(lateral corticospinal tract)lateral corticospinal tract(外側皮質脊髄路)によって活性化される。
③ 大脳皮質に局在する特殊運動special movements特殊運動(special movements)special movements(特殊運動):眼球運動・手先の技巧・手の回転など、特定の皮質領域cortical areas皮質領域(cortical areas)cortical areas(皮質領域)が特殊な運動の実行に特化している。
④ 皮質性cortical皮質性(cortical)cortical(皮質性)姿勢反射:
| 反射 | 内容 |
|---|---|
| 視覚性立ち直り反射 | 様々な視覚情報に基づいて身体位置を修正する |
| 踏み直り反射 | 「階段stairs; step (stepwise)階段(stairs; step (stepwise))stairs; step (stepwise)(階段)を上る」ような踏み出し運動を引き起こす |
| 跳び直り反射 | 横から押されるとバランスを保つための跳躍様運動が生じる |
⑤ 精密な感覚-運動協調を要する運動の調節:プリズムprismプリズム(prism)prism(プリズム)の背後にある物体に触れるような場面では、視覚系からの情報と手の固有受容器proprioceptor固有受容器(proprioceptor)proprioceptor(固有受容器)からの情報が矛盾する。皮質はこうした矛盾を最終的に解決する能力を持つ。
まとめ
- 脊髄上位upper上位(upper)upper(上位)の運動制御は外側路lateral pathway外側路(lateral pathway)lateral pathway(外側路)(意識的操作、外側皮質脊髄路lateral corticospinal tract外側皮質脊髄路(lateral corticospinal tract)lateral corticospinal tract(外側皮質脊髄路)・赤核脊髄路rubrospinal tract赤核脊髄路(rubrospinal tract)rubrospinal tract(赤核脊髄路)など)と内側路medial pathway内側路(medial pathway)medial pathway(内側路)(無意識unconscious無意識(unconscious)unconscious(無意識)的姿勢制御、前皮質脊髄路anterior corticospinal tract前皮質脊髄路(anterior corticospinal tract)anterior corticospinal tract(前皮質脊髄路)・前庭脊髄路vestibulospinal tract前庭脊髄路(vestibulospinal tract)vestibulospinal tract(前庭脊髄路)・網様体脊髄路reticulospinal tract網様体脊髄路(reticulospinal tract)reticulospinal tract(網様体脊髄路)など)の二重構造を持つ。
- 脳幹(前庭核vestibular nucleus前庭核(vestibular nucleus)vestibular nucleus(前庭核)・橋網様体pontine reticular formation橋網様体(pontine reticular formation)pontine reticular formation(橋網様体)核)は筋緊張を高める興奮性入力excitatory input興奮性入力(excitatory input)excitatory input(興奮性入力)を、大脳皮質・赤核red nucleus赤核(red nucleus)red nucleus(赤核)・内側網様体medial reticular formation内側網様体(medial reticular formation)medial reticular formation(内側網様体)は抑制性入力を与え、両者の対抗関係が最終的な筋緊張を決定する。
- 除脳decerebration除脳(decerebration)decerebration(除脳)(赤核red nucleus赤核(red nucleus)red nucleus(赤核)を含まない)では全身の固縮rigidity固縮(rigidity)rigidity(固縮)が強く現れ、除皮質(赤核red nucleus赤核(red nucleus)red nucleus(赤核)を含む)では上肢の固縮rigidity固縮(rigidity)rigidity(固縮)が赤核red nucleus赤核(red nucleus)red nucleus(赤核)により軽減される——この違いが緊張性迷路反射tonic labyrinthine reflex緊張性迷路反射(tonic labyrinthine reflex)tonic labyrinthine reflex(緊張性迷路反射)などの姿勢反射の局在を示す。
- 随意運動voluntary motor function (voluntary movement)随意運動(voluntary motor function (voluntary movement))voluntary motor function (voluntary movement)(随意運動)は連合野association cortex連合野(association cortex)association cortex(連合野)→補足運動野supplementary motor area補足運動野(supplementary motor area)supplementary motor area(補足運動野)→運動前野premotor cortex運動前野(premotor cortex)premotor cortex(運動前野)→一次運動野primary motor cortex一次運動野(primary motor cortex)primary motor cortex(一次運動野)という時間順序で発現し、内側路medial pathway内側路(medial pathway)medial pathway(内側路)による姿勢安定化の後に外側路lateral pathway外側路(lateral pathway)lateral pathway(外側路)による運動実行が続く。
- 皮質性cortical皮質性(cortical)cortical(皮質性)姿勢反射(視覚性立ち直り・踏み直り・跳び直り反射)は、精密な感覚-運動協調を要する高次higher order高次(higher order)higher order(高次)の運動制御を担う。