リーチ動作・巧緻動作で肩が上がる原因とは？肩甲骨・肩甲上腕リズム・共同運動から読み解く評価とリハビリ【OT監修】

①リーチ動作とは何か

リーチ動作(reach-to-grasp movement)とは、対象物に向かって上肢を伸ばし、到達し、把持するまでの一連の運動を指します。Jeannerod(1984)は、リーチ動作を「輸送要素(transport component)」と「把持要素(grip component)」という2つの並行して制御される運動要素として記述し、この考え方は現在の脳卒中リハビリテーションにおける上肢評価・介入の理論的基盤になっています。

正常なリーチ動作の運動学的流れ

正常なリーチ動作は、大きく4つの相に分けて理解すると臨床応用しやすくなります。

肩甲上腕リズム(scapulohumeral rhythm)

肩関節屈曲・外転の際、肩甲上腕関節(glenohumeral joint)と肩甲胸郭関節(scapulothoracic joint)は一定の比率で協調して動きます。古典的にInman(1944)が報告した肩甲上腕リズムは、上腕挙上180°のうち、おおよそ肩甲上腕関節2:肩甲胸郭関節1の比率で運動が分配されるという概念です。この協調運動が破綻すると、肩甲骨の代償的な挙上・過剰な上方回旋が生じ、これが「肩がすくむ」という臨床像の運動学的基盤の一つになります。健常者でもこの比率には個人差があることが後の研究(McQuade & Smidt, 1998など)で指摘されていますが、「肩甲上腕関節の可動性が制限されるほど、肩甲胸郭関節(=肩甲骨挙上)への依存が増す」という基本原則は脳卒中患者の代償動作を理解するうえで臨床的に有用です。

②巧緻動作とは何か

巧緻動作(dexterity)とは、対象物の形状・大きさ・重さ・目的に応じて手指を精密に制御する能力を指します。リーチ動作の到達相の終盤から、把持の準備が始まっている点が重要です。

Precision GripとPower Grip

Napier(1956)による把持動作の古典的分類では、母指と示指・中指の指腹を用いて微細な操作を行う「Precision Grip(精密把持)」と、手掌全体と指を使って対象物を握り込む「Power Grip(握力把持)」に大別されます。巧緻動作訓練の多くはPrecision Gripを主な対象としますが、脳卒中患者ではPower Gripの獲得すら困難な場合があり、その場合は無理にPrecision Gripを狙う前段階の介入が必要になります。

Pre-shapingとHand Shaping

健常者は対象物に手が到達する前から、視覚情報をもとに手指の形状を対象物に合わせて調整し始めます。これをPre-shaping(事前形成)と呼びます。Jeannerod(1984)の報告以降、Reach-to-graspの研究では、手の開大(hand aperture)が到達距離のおよそ70〜80%に達した時点で最大化し、その後対象物のサイズに合わせて閉じていく過程(Hand Shaping)が示されています。脳卒中患者ではこのPre-shapingのタイミングが遅延し、結果として到達後に手指の調整に時間を要する、あるいは到達動作自体を過剰努力で補おうとして肩がすくむ、という連鎖が生じやすくなります。

③肩が上がる原因

肩甲帯挙上(リーチ時に肩が挙上する現象)という一つの結果の背後には、非常に多くの要因が関与しています。ここでは主要な原因を整理し、それぞれの関連性まで踏み込んで解説します。

臨床で最も見落とされやすいのが、「近位安定性の不足」がすべての土台になっているという点です。多くの原因リストは筋・神経・体幹をそれぞれ独立して並べがちですが、実際には以下のような連鎖として捉えると理解しやすくなります。

この連鎖を踏まえたうえで、各段階に関わる要因を近位(体幹)から遠位(神経制御・構造)の順に見ていきます。

近位・体幹に起因する要因

• 体幹機能低下・姿勢制御障害・近位安定性不足:Cirstea & Levin(2000, Brain)の代表的研究では、脳卒中患者はリーチ課題において健常者に比べ有意に大きな体幹前傾を用いることが示され、これは肘関節伸展の機能的可動域不足を代償するための戦略と解釈されています。体幹での代償が難しい方向(側方リーチなど)では、体幹の代わりに肩甲帯挙上が代償手段として選択されやすくなります。
• 重力負荷:Reinkensmeyerら(1999)が指摘するように、挙上を伴うリーチ課題は重力負荷が大きく、筋出力の余力が少ない麻痺側では特に代償を誘発しやすい条件です。
• 筋持久力低下:訓練が反復されるにつれ、主動作筋群が疲労し出力を維持できなくなると、途中から代償筋(上部僧帽筋・肩甲挙筋)の動員が増加する現象が臨床的にしばしば観察されます。

肩甲骨運動に起因する要因

• 肩甲骨の上方回旋不足・後傾不足:肩甲上腕リズムが破綻し、肩甲骨の上方回旋・後傾が十分に得られないと、glenoidの向きが上腕骨頭の挙上軌道と一致せず、代償的挙上や痛みを伴うインピンジメントが生じやすくなります。
• 肩甲胸郭関節機能障害・肩甲上腕リズム破綻:Aertsら(2016, Gait & Posture)は、脳卒中患者の肩甲骨3次元運動と筋活動タイミングを同時計測した研究で、脳卒中患者群では低挙上域で下部僧帽筋の活動開始が早期化し、前鋸筋の活動開始が遅延・終了が早期化する異常な筋動員パターンを報告しています。これは、前鋸筋の機能不全を下部僧帽筋が代償しようとする神経筋レベルでの適応と解釈されています。

筋機能に起因する要因

• 前鋸筋機能低下・下部僧帽筋機能低下:前鋸筋と下部僧帽筋は、肩甲骨の上方回旋・後傾を担うフォースカップル(force couple)を上部僧帽筋とともに形成します(Physiopedia, Force Couple Between Trapezius and Serratus Anterior)。この2筋の機能低下は、上方回旋のトルクを上部僧帽筋・肩甲挙筋に依存させ、結果的に肩甲骨挙上優位のパターンを助長します。
• 肩関節屈曲筋力低下・三角筋機能低下:三角筋(特に前部線維)や棘上筋の筋力低下により、重力に抗して上肢を挙上するトルクが不足すると、患者は代償的に肩甲骨を挙上させて上腕の挙上域を補おうとします。McCreaら(2005, J Neurophysiol)は、慢性期脳卒中患者の前方リーチ課題において、麻痺側の前部三角筋活動が最大随意収縮に近いレベルまで飽和(saturate)し、それ以上の出力が必要な場面で体幹・肩甲帯を用いた代償戦略が引き出されることを報告しています。
• 腱板機能低下:棘上筋・棘下筋・肩甲下筋を含む腱板筋群は、肩甲上腕関節における上腕骨頭の求心位保持(centering)に不可欠です。腱板機能が低下すると、三角筋優位の挙上となり、インピンジメントや代償的な肩甲帯挙上を招きやすくなります。
• 上部僧帽筋過活動・肩甲挙筋過活動:前鋸筋・下部僧帽筋の機能低下を代償する形で、上部僧帽筋と肩甲挙筋が過活動を起こします。これが臨床的に観察される「肩がすくむ」動作の直接的な筋活動パターン、すなわち一連の連鎖の最終段階です。

神経生理学的要因(脳卒中特有)

• 共同運動(synergy)・異常筋シナジー:Twitchell(1951)、Brunnstrom(1970)が記述した屈曲共同運動は、肩関節外転と肘関節屈曲・前腕回外・手指屈曲が不随意に結合するパターンです。Dewaldら(1995, Brain)は等尺性条件下で、肩関節外転トルクを発生させようとすると肘関節屈曲筋群のトルクが不随意に共活動することを定量的に示し、この「異常な関節間トルクカップリング」が独立した関節制御(individuated joint control)の喪失であることを明らかにしました。
• 痙縮:上部僧帽筋・肩甲挙筋の痙縮は、随意的な肩甲骨下制・後退を阻害し、静的にも肩甲帯挙上位を作り出します。Ellisら(2017, Clin Neurophysiol)は、痙縮由来の筋活動と共同運動由来の筋活動を分離する実験パラダイムを用い、慢性期の中等度〜重度片麻痺患者ではリーチ動作中の肘屈筋活動の大部分が痙縮ではなく共同運動由来であることを報告しており、両者を臨床的に区別する視点の重要性を示しています。
• 脳卒中特有の運動制御障害(皮質網様体脊髄路への依存):皮質脊髄路の損傷後、随意運動の制御は間接的な皮質網様体脊髄路(cortico-reticulospinal tract)への依存度が高まるとされ、この経路は肩外転と肘・手指屈曲を結合させる形で投射するため、共同運動パターンが強化されるという神経生理学的仮説が提唱されています(McPherson & Dewald, 2019など)。

感覚・心理的要因

• 感覚障害・位置覚障害:固有受容感覚の障害があると、肩甲帯の位置をフィードバックで修正することが難しくなり、視覚代償や過剰努力によって挙上位が固定化しやすくなります。
• 過度な努力・Overflow:健常者でも最大努力に近い運動では、目的筋以外の筋群への「あふれ出し(overflow)」が生じますが、脳卒中患者ではこの閾値が低く、通常の動作でも容易にoverflowが生じるとされます。
• 痛み・恐怖回避:肩関節の痛みがある患者は、痛みを誘発する肩甲上腕関節の可動を避け、肩甲帯挙上や体幹代償で目的を達成しようとする回避行動(fear-avoidance)を取ることがあります。

構造的要因

• 肩関節亜脱臼:急性期の弛緩性麻痺では、棘上筋・後部三角筋の筋緊張低下により上腕骨頭が下方に偏位しやすく、肩関節亜脱臼の発生率は報告により17〜81%と幅がありますが、多くの研究で高い頻度が示されています(Physiopedia, Hemiplegic Shoulder Subluxation)。亜脱臼のある肩では、関節の求心位が崩れているため、わずかな挙上運動でも代償的な肩甲帯挙上が誘発されやすくなります。
• 肩関節拘縮:長期の不動や痙縮の結果として生じる肩関節周囲の軟部組織拘縮は、肩関節屈曲・外転の関節可動域を直接的に制限し、不足分を肩甲帯挙上で補わせる要因になります。

④なぜ肩をすくめる代償が起こるのか

運動学的な説明

関節運動の自由度(degrees of freedom)の観点から見ると、目的物へ手を到達させるという課題(タスク)は一つですが、それを達成する関節運動の組み合わせは無数に存在します(運動の冗長性、Bernstein 1967の運動問題)。健常者は肩関節・肘関節・体幹・肩甲帯の自由度を柔軟に使い分けて最適な軌道を選びますが、脳卒中患者では肩関節・肘関節での自由度が制限されるため、体幹や肩甲帯といった「残された自由度」に運動が集中し、結果として肩甲帯挙上という代償パターンが選択されやすくなります。これは「自由度の再配分(redistribution of degrees of freedom)」として説明されます(Cirstea, Levin, 2000; Archambault et al., 1999)。

解剖学的な説明

肩甲上腕関節は可動性を優先した構造であり、その安定性の大部分を腱板筋群と肩甲帯周囲筋の同時収縮に依存しています。腱板機能低下や肩甲帯周囲筋の機能的な不均衡があると、身体は解剖学的に「より大きな筋量を持つ」上部僧帽筋・肩甲挙筋を動員して上肢全体を持ち上げようとします。これは、力学的に出力を確保しやすい筋を優先的に使うという合目的的な反応とも解釈できます。

神経生理学的な説明

前述の通り、皮質脊髄路損傷後は皮質網様体脊髄路への依存が高まり、この経路は肩外転筋と肘・手指屈筋群を同時に興奮させる投射様式を持つと考えられています。加えて、肩甲帯挙上筋(上部僧帽筋・肩甲挙筋)は頸部由来の反射的な影響も受けやすく、努力性の運動時に賦活されやすい特性があります。したがって、肩をすくめる代償は単なる「悪い癖」ではなく、損傷を受けた中枢神経系が利用可能な運動経路を最大限動員した結果として理解する必要があります。

制御工学的な説明

運動制御をフィードバック制御とフィードフォワード制御の観点から見ると、脳卒中患者は感覚障害や運動出力の不確実性により、フィードフォワード的な予測制御が困難になっている場合が多くあります。その結果、動作中に生じる誤差を都度、大きな筋群(肩甲帯挙上筋)を使った粗大なフィードバック修正で補おうとする傾向が強まります。これは工学的に言えば、精密な制御ループが使えない状況で、より単純で出力の大きい制御ループに切り替えて目的を達成しようとする適応行動と捉えることができます。

⑤肩甲骨運動

肩甲骨は6方向の運動(上方回旋・下方回旋、後傾・前傾、内旋・外旋)に加え、挙上・下制、内転・外転という複合的な運動を行う骨です。リーチ動作における正常な肩甲骨運動と、脳卒中後に生じる変化を対比して整理します。

⑥関与筋

ここでは起始停止ではなく、リーチ動作・巧緻動作における各筋の「役割」に焦点を当てて整理します。

⑦EMG研究

肩甲帯挙上代償のメカニズムを裏付ける筋電図(EMG)研究をいくつか紹介します。

• Cirstea & Levin(2000, Brain):脳卒中患者20名の前方リーチ課題を運動学的に分析し、肩関節・肘関節の協調運動が破綻し、可動域が有意に減少すること、これを代償するように体幹前傾が増加することを報告しました。
• McCrea, Eng, Hodgson(2005, J Neurophysiol):慢性期脳卒中患者20名と健常者10名を対象に、前方リーチ課題中の前部三角筋の表面筋電図を計測し、麻痺側で前部三角筋の活動が最大随意収縮に近いレベルまで飽和し、それ以上の到達距離を得るために肩関節水平外転・体幹回旋などの矢状面外の代償運動が発生することを定量的に示しました。
• Dewaldら(1995, Brain):等尺性条件下で肩関節外転・内転、肘関節屈曲・伸展のトルク発生課題を行い、麻痺側では肩関節外転努力時に肘関節屈筋群のトルクが不随意に共活動する「異常な関節間カップリング」をEMGと同時計測で定量化しました。
• Ellisら(2017, Clin Neurophysiol):ロボットを用いて肩関節外転負荷を系統的に変化させながら到達運動時の肘関節屈筋群EMGを計測し、負荷量に応じて共同運動由来の筋活動が線形的に増大することを示しました。
• Aertsら(2016, Gait & Posture):3次元動作解析と表面筋電図を同時計測し、脳卒中患者群では低挙上域における下部僧帽筋の活動開始の早期化と、前鋸筋の活動開始の遅延・活動終了の早期化という異常な筋動員タイミングを報告しました。
• De Baetsら(2014):肩痛のある脳卒中患者と肩痛のない脳卒中患者を比較し、肩痛のない群では下部僧帽筋の早期活動と前鋸筋の活動終了の遅延が見られたとし、代償的な筋動員パターンが必ずしも痛みに直結するわけではなく、代償の仕方によって結果が異なる可能性を示唆しました。

上記の研究知見を、リーチ動作時の相対的な活動量として整理すると、以下のようなパターンで理解できます。数値化されたMVC(最大随意収縮)%の直接比較ではなく、複数のEMG研究(Cirstea & Levin, 2000; McCrea et al., 2005; Aerts et al., 2016 等)の報告傾向を作業療法士が臨床的に統合した概念的な整理である点にご留意ください。

⑧エビデンス

肩甲帯挙上代償の評価・介入に関連する主要なエビデンスを紹介します。エビデンスレベルや対象、限界は研究によって異なるため、臨床適用の際は個々の患者の状態に照らして判断してください。

⑨評価方法

評価項目そのものはROM・MMT・FMAなど多岐にわたりますが、実際の臨床では次のような「近位から遠位へ」の観察順序で見ていくと、代償のどの段階に問題があるかを効率よく特定できます。

関節可動域・筋力・筋緊張の評価

• ROM(関節可動域測定):肩関節屈曲・外転の他動・自動可動域に加え、肩甲骨を用手的に固定した状態での「純粋な肩甲上腕関節可動域」を分離して評価することが、代償の程度を把握するうえで重要です。
• MMT(徒手筋力検査):三角筋・棘上筋・前鋸筋・僧帽筋下部線維を個別に検査します。前鋸筋の検査(肩甲骨外転・上方回旋)は、壁を押す動作(wall push-up様肢位)での翼状肩甲の有無を併せて観察すると評価しやすくなります。
• MAS(Modified Ashworth Scale)・Tardieu Scale:上部僧帽筋・肩甲挙筋・大胸筋の痙縮を評価します。TardieuはMASと異なり速度依存性の要素を捉えられるため、痙縮由来の制限か拘縮由来の制限かを鑑別するうえで有用とされています。

上肢機能の標準化評価

肩甲骨運動・姿勢の観察評価

• 肩甲骨運動の触診:座位で患者の後方から肩甲骨下角・内側縁に指を当て、肩関節挙上時の上方回旋・後傾・翼状肩甲の有無を触診で確認します。
• 肩甲上腕リズムの観察:挙上初期(0〜30°)から肩甲骨が先行して動き出していないか、代償的な挙上が早期から出現していないかを観察します。
• 姿勢評価:安静座位での肩甲帯の高さの左右差、頭部前方位・円背姿勢の有無を確認します。円背姿勢は肩甲骨の前傾・下方回旋を助長し、代償的挙上のリスクを高めるとされています。
• 動画撮影による動作分析:リーチ動作を側方・前方の2方向から動画撮影し、代償パターンの出現タイミング(動作のどの局面で挙上が始まるか)をスロー再生で確認する方法は、臨床でも実施しやすく、患者へのフィードバックにも活用できます。

⑩リハビリ

肩甲帯挙上代償に対する介入は、単一の手技ではなく、近位安定性の再構築・代償筋の抑制・主動作筋の賦活・課題指向型の反復練習という複数の要素を組み合わせて設計する必要があります。介入の優先順位は、③でみた原因の連鎖と同じく「近位から遠位へ」、すなわち①姿勢 → ②体幹 → ③肩甲骨 → ④肩関節 → ⑤リーチ → ⑥巧緻動作の順で組み立てると、どこから着手すべきかが明確になります。

①姿勢へのアプローチ

すべての土台となるのが座位姿勢です。円背姿勢や骨盤後傾位のまま上肢訓練を始めると、肩甲骨が前傾・下方回旋した状態から動作が始まってしまい、以降のすべての介入の効果が薄れます。座面の高さ・奥行き、フットサポートの位置を調整し、骨盤が中間位に近づく座位環境をまず整えます。

②体幹へのアプローチ

姿勢が整った上で、体幹の抗重力活動を高めます。座位での体幹アライメント維持、腹筋群の賦活(腹部ブレーシング様の課題)を行うことで、肩甲帯の土台となる近位安定性を高めます。

③肩甲骨へのアプローチ(肩甲骨リハビリ)

体幹が安定してきたら、肩甲骨そのものの可動性と筋機能に介入します。

肩甲骨モビライゼーション:拘縮による可動域制限がある場合、他動的な肩甲骨モビライゼーション(上方回旋・後傾方向への誘導)を行い、関節可動域を確保したうえで運動学習の土台を作ります。

前鋸筋促通・下部僧帽筋促通(前鋸筋リハビリの具体例):壁を利用したプッシュ動作、四つ這い〜膝立ち位での上肢支持課題などを用い、前鋸筋・下部僧帽筋を選択的に賦活します。臨床で実際に使いやすい手順の一例は、以下のような流れです。

FES・EMGバイオフィードバック:前鋸筋・下部僧帽筋へのFESや、表面筋電図を用いたバイオフィードバックは、代償筋(上部僧帽筋)の活動を可視化しつつ主動作筋の随意的な賦活を促す手段として臨床応用されています。

④肩関節へのアプローチ

肩甲骨が安定して初めて、肩甲上腕関節(三角筋・腱板)への直接的な介入が効果を発揮します。三角筋前部・棘上筋の筋力増強は、肩甲骨が固定された状態(closed-chain寄りの肢位)で行うことで、代償的な肩甲帯挙上を誘発せずに主動作筋を賦活しやすくなります。あわせて、健側の鏡像を用いて麻痺側が動いているように視覚的にフィードバックするミラーセラピーも、随意運動の出力が乏しい時期の肩関節の運動イメージ再学習として活用されます。

⑤リーチへのアプローチ

近位の安定性が一定程度確保された段階で、リーチ動作そのものの練習に移行します。テーブル上でのスライダー(前腕をタオルなどに乗せて滑らせる)を用いた重力軽減下でのリーチ練習は、筋出力が乏しい時期に代償を誘発せず主動作筋の随意的な動員を学習させる手段として有用です。実際のADL場面に近い課題(コップを取る、ドアノブを回すなど)を反復する課題指向型のリーチ練習は、単関節の筋力増強訓練よりも機能的な運動パターンの獲得に有利とされています。

⑥巧緻動作へのアプローチ

リーチが代償なく行えるようになって初めて、巧緻動作訓練(ペグボード、つまみ動作など)の効果が最大化されます。健側上肢を拘束し、麻痺側上肢の集中的・反復的な使用を促すCI療法もこの段階で有効性が高まります。コクランレビュー(Sirtori et al., 2009;Corbetta et al., 2015)では上肢機能・障害への中〜大程度の改善効果が報告されており、2023年のネットワークメタアナリシスでは体幹拘束を併用したプロトコルがFMA-UE・ARATの改善において特に効果的だったと報告されています。反復性は運動学習の基本原則ですが、代償パターンを含んだまま反復すると、その代償パターン自体が強化されてしまう(誤学習)リスクがあります。反復練習を始める前に、代償なしで遂行可能な難易度設定(可動域・重量・速度の調整)を行うことが臨床上極めて重要です。また、タッピングや抵抗運動を伴う固有受容感覚刺激などの感覚入力は、位置覚障害を代償する手段として、感覚障害が主体の患者に用いられます。

⑪重症度別のアプローチ

ここまでの評価・介入を、実際の患者像に当てはめやすいように重症度別に整理します。あくまで一般的な目安であり、実際の適応は個々の患者の随意性・痙縮・感覚・認知機能を総合して判断してください。

⑫臨床でよくある失敗

⑬まとめ

原因の一覧

評価の一覧

介入の一覧

肩甲帯挙上という代償動作は、脳卒中患者の運動制御システムが利用可能な資源を総動員して目的を達成しようとした結果として現れる、合目的的な適応です。この視点に立つことで、「肩を下げる指導」から一歩進んだ、原因に応じた評価と介入の設計が可能になります。

よくある質問