筋肉のけいれんの原因は主に2つ提案されており、どちらを支持するかによって、予防や治療戦略の選択が決まります。 これは、どちらか一方の二項対立を示唆しており、このように文献はしばしば紹介され、どちらかの側に強く支持された見解を表明する声が大きくなっています。 しかし、この図式はまったく明確ではなく、議論の両側面における証拠は弱いということを認識する必要があります。 すべての状況におけるすべてのけいれんを単一のメカニズムで説明することは不可能であり、したがって、単一の原因メカニズムを追求することはおそらく無駄である。 したがって、この症状の予防や治療のための戦略もまた、一面的なものであるとは考えにくいのです。 しかし、どのような原因であれ、けいれんは筋肉の活発な収縮を伴うことは明らかであり、それは高いレベルの筋電気活動によって証明される。

Disturbances of Hydration and Electrolyte Balance

EAMC の病因における因子としての水分補給状態および電解質バランスの変化の役割は、Schwellnus によって否定された。 EAMCの病因として”電解質枯渇”と”脱水”の仮説を支持する科学的証拠は、主に逸話的臨床観察、合計18例のケースシリーズ、および1つの小規模（n =10）ケースコントロール研究から得られる」 と述べている。 例えば、QiuとKangは、「その裏付けとなる証拠は、主に逸話的観察と症例報告によるものである」と書いている。

汗による電解質の不均衡が、いくつかの筋肉のけいれんの要因であるという最も強力な証拠は、産業労働者の大規模な観察研究および前向き研究-主に、1920年代および1930年代に行われた鉱夫、船のストーカー、建設労働者および製鉄所労働者の研究-で見つかり、塩分飲料または塩錠の投与により、けいれん発生率を大幅に減らすことができた。 これらの研究は、当時利用できた方法にはどうしても限界がありましたが、大規模な集団を対象とし、生産性に関連する医療記録を慎重に保管しているという利点がありました。 古い文献の多くを否定するのは簡単ですが、中には広範で綿密な観察がなされているものもあります。 また、当時の通常の出版慣習に照らし合わせて読むべきである。

方法論は限られていたが、いくつかの観察は鋭く、時には驚くほど先見の明があった。 たとえば、モスは、炭坑労働者の痙攣の事例と、これらの痙攣の発生に寄与したと思われる要因を記録した広範なレポートを発表した。 また、けいれんは労働シフトの後半に発生する傾向があり、体力に自信のない男性に多いことから、発汗だけでなく、疲労も病因に関与していると観察している。 けいれんは、脱水や血清電解質濃度の上昇ではなく、「発汗による塩素の大量喪失、水の過剰摂取、腎排泄の一時的麻痺の組み合わせによってもたらされる筋肉の水中毒の一形態である」としたことに注目すべきであろう。 当時はナトリウムの良い測定法がなかったため、通常は体液中の塩化物を測定していたが、汗中のナトリウムと塩化物濃度には密接な関係がある。 このことは、後世の多くの作家（例えばベルジュロン）が言うように、脱水を意味するものではなく、むしろ汗中の電解質の大きな損失と結びついた不適切な、そしておそらく過剰な水の摂取を意味するものです。 Schwellnusは「脱水」と「電解質減少」説に言及し、QiuとKangは「この説は、過度に発汗し電解質が失われると、筋肉とそれを支配する神経が誤作動し、それによって筋肉の痙攣が起こることを示唆している」と述べている。 これは、1920年代から1930年代にかけて提唱された理論を正しく反映していない。

また、筋痙攣の病因における水と塩のバランスの役割を評価する大規模な前向き研究は行われていないというのも正しくない。 Dillらは、Hoover Damの建設現場とオハイオ州Youngstownの製鉄所で実施された介入研究の結果を報告している。 この2つの場所では、大勢の男性が日常的に非常に暑い環境の中で過酷な肉体労働に従事していた。 その結果、けいれんを起こした人たちには、次のような特徴があることがわかった。 (1) 脱水、(2) 血漿中のナトリウムと塩化物の濃度低下、(3) 尿中のナトリウムと塩化物はほとんど、あるいはまったくない、(4) 血清タンパク質濃度の増加、(5) 赤血球数の増加、および (6) 浸透圧は正常、です。 しかし，等張食塩水を注射すると血液型が正常化し，症状がすぐに緩和されたことも報告されている。 同じ論文で報告された最大の介入研究では、ある工場で働く12,000人の男性に与えられる水に生理食塩水を加え、近隣の工場では普通の水を与え続けた。これは、筋肉のけいれんをほとんど完全になくす効果があったが、前の年や、同じ年に普通の水を与えられた他の工場では、1日に最大12例のけいれんが起こり入院を余儀なくされた。

制御された環境では、食事によるナトリウム摂取の厳しい制限は低ナトリウム血症をもたらし、運動のない場合の全身の骨格筋のけいれんと関連する可能性がある。 より最近の研究では、筋痙攣を経験したアスリートにおける水分補給状態と血漿電解質濃度の変化を評価している。これらの研究には、マラソンランナー、56kmロードレースの参加者、アイアンマントライアスロンの競技者、161kmウルトラマラソンの参加者が含まれている。 これらの研究では、痙攣と血清電解質の変化との間に関連性は認められませんでしたが、血清電解質濃度はほとんど関連性がないことに留意することが重要です。 局所的な細胞内・細胞外電解質濃度は、筋肉と神経の静止膜電位に影響を与えるので、関連性があるかもしれないが、血漿濃度の変化がこれらの変化を追跡できる可能性は低い。これらの電解質の血漿濃度の変化は、激しい運動や長時間の運動中の筋肉内局所変化を反映しないという良い証拠がある . また、血液サンプルは通常、けいれん発生時に採取されることはなく、けいれんが収まった後に採取されることが多い。 Schwellnusらは、電解質濃度の乱れが神経筋の興奮性の変化につながる可能性があり、これが、いくつかの産業的背景で報告された全身性の骨格筋けいれんに関与している可能性を認めた上で、ほとんどのEAMCは運動課題に関与する筋肉のみに影響し、全身性の乱れが活動筋の中で起こる局所性の変化に影響しなければならないと主張している。

汗で大量の塩分を失う個々のアスリートは、筋肉のけいれんを起こしやすいかもしれないといういくつかの実験的な証拠がある。 初期の大規模な産業記録とは異なり、この証拠は主に小規模な研究、事例報告、逸話的報告に由来しており、したがって、必然的にかなり弱いものとなっています。 Stofanらは、けいれんを起こしやすいサッカー選手（n = 5）では、EAMCの既往がない選手グループよりも、トレーニングセッション中の汗のナトリウム損失が大きいことを発見した 。 その後、同じ研究グループが、けいれん歴のないアメリカンフットボール選手（n = 8）の参照グループと、けいれんを起こしやすいグループ（n = 6）を調査した。 全血ナトリウム濃度（著者らはこう述べているが、実際は血漿ナトリウム濃度）は、対照群ではトレーニング後も変化しなかったが（138.9±1.8→139.0±2.0mmol/L）、痙攣を起こしやすい選手では減少する傾向があった（137.8±2.3→135.7±4.9mmol/L）。 また、このグループでは3名が135mmol/Lを下回る値を記録した。 痙攣しやすいグループの人々は、電解質を含むスポーツドリンクではなく、普通の水として総水分量の多くを消費し（ナトリウム摂取量の差は小さかったが）、汗のナトリウム濃度が高く（52.6 ± 29.2 mmol/L vs. 38.3 ± 18.3 mmol/L）、トレーニングセッション中に大きなナトリウム不足に陥った。

水と塩のバランスの乱れが原因であることを裏付けるものとして、大野と野坂は、運動を伴わない間欠的なサウナへの露出によって引き起こされる体液量3%の欠損が、足指屈筋の筋痙攣試験中にEAMCを発症した被験者の数を増加させるが、膝伸筋には生じないことを示した。 Jungらは、EAMCを誘発するために、ふくらはぎの筋肉に疲労を与えるプロトコルを被験者に実施させた。 一方の試験では、発汗量と同程度の速度で炭水化物電解質飲料を摂取させたが、もう一方の試験では、水分を摂取させず、軽度（体重の1％減少）の低水分症を発症させた … 炭水化物・電解質試 験では9名が痙攣を経験したのに対し、低水和試験 では7名が痙攣を経験した。 両試験でEAMCを発症した7人のうち、発症までの時間は低水和試験（14.6±5.0分）に比べ、炭水化物-電解質試験（36.8±17.3分）では2倍以上であった。 けいれんを起こした被験者は、起こさない被験者（1.3 ± 0.6 L/min）に比べ、より多くの汗をかいた（2.0 ± 0.9 L/min）。 これらの研究で、結果を混乱させたかもしれない治療順序効果があったかどうかは不明である（これについては、以下でさらに議論する）。

多数の論文が上記の発見に異議を唱えているが、最近の2つの出版物は、筋痙攣の発生における水と塩のバランスの障害の役割に関する議論を再開させる可能性が高いようである。 大野らは、運動せずにサウナに入り、体重の1、2、3%の低水分を摂取したハムストリングスの自発的誘発性EAMCの感受性を系統的に検討した。 対照条件および1％脱水後の9人の被験者にはEAMCは発生しなかったが、2％条件では3人、3％条件では6人がEAMCを経験した。 Lauらの研究では、10人の男性が、最初の体重の2％を失うまで、暑い環境下で坂道を走りました。 ランニング終了10分後に、普通の水か、ナトリウム（50mEq/L）、塩素（50mEq/L）、カリウム（20mEq/L）、硫酸マグネシウム（2mEq/L）、乳酸（31mEq/L）、ブドウ糖（18g/L）を含む市販の経口補水液（ORS）を失った質量と同量摂取させるというものです。 電気けいれんに対するふくらはぎ筋肉の感受性は、ランニング前のベースライン、ランニング直後、飲料摂取後50分および80分に適用した閾値周波数（TF）テストによって評価した。 TFによる筋痙攣感受性は、いずれの条件でもベースラインとランニング直後に変化はなかったが、TFは水摂取後に4.3Hz（30分後）および5.1Hz（60分後）減少し、ORS摂取後にそれぞれ3.7および5.4Hz増加した。 6454>

1920年代にMossやHaldaneらが提唱したメカニズムと一致し、これらの結果は、発汗量と水分摂取の組み合わせにより、筋肉は電気シミュレーションによる筋痙攣を起こしやすくなるが、電解質を多く含む飲料を摂取すると筋痙攣の起こしやすさが減少することが示唆された。 痙攣は、臨床の場では低ナトリウム血症（血清ナトリウム濃度<135mmol/Lと定義）の随伴症状として認識されていることは興味深い点である 。 しかし、運動関連低ナトリウム血症に関する広範な文献は、一般に筋肉のけいれんについて言及していない。

けいれんは、暑さの中での長時間の運動中に大量の汗をかくことにしばしば関連しているが、汗がほとんどあるいはまったくない涼しい環境でも起こるため、汗の損失とそれに伴う電解質バランスの異常だけでは、すべてのけいれんを説明できないことが示唆される。 しかし、大規模な産業環境では、高温（必ずしも湿度が高くない）で発汗量の多い環境でけいれんがより頻繁に発生するという圧倒的な証拠がある。 電解質バランスの乱れが筋肉のけいれんに関与しているという裏付けは、運動以外の状況でも見受けられる。 例えば、維持透析中の低ナトリウム透析液の使用は、腎臓病患者のけいれんを引き起こす可能性があり、ナトリウムプロファイリング技術を使用して血漿浸透圧とナトリウム濃度を正常化することにより、透析中のけいれんの頻度を大幅に減少させることができます …。

Altered Neuromuscular Control

けいれんの原因が、筋内で発生する事象に直接関連するのではなく、神経学的なものであるという考え方は、新しいものではありません。 電信技師のけいれんは、モールス信号の機器を操作する人の反復運動に関与する手の小さな筋肉に影響を与えるもので、英国議会の調査の対象となり、1911 年に調査結果が発表されました。 委員会は、「ある当局は、これを筋肉疾患とみなし、別の当局は末梢神経系の疾患とみなし、別の当局は中枢神経系の疾患とみなした」と記しています。 つまり、電信柱のけいれんは中枢神経系の病気であり、特定の筋肉に負担がかかった結果、大脳の制御機構が弱まったり壊れたりした結果である」と書いているのである。 これは、後述するように、実験的に誘発された筋肉のけいれんで提唱されているメカニズムに極めて類似している。 しかし、国会での調査結果は、古い文献の多くとともに、ほとんど忘れ去られてしまったようです。

1980年代から1990年代にかけて、発汗量や電解質バランスの著しい異常がなくても、運動中にしばしばけいれんが発生するという証拠が蓄積されたため、別の因果関係が模索されるようになったのです。 Schwellnusらは、けいれんは「筋疲労に続発すると思われる持続的な異常脊髄反射活動」によって引き起こされると仮定した。 特にEAMCは、脊髄レベルでのα運動ニューロン制御の異常による持続的なα運動ニューロン活動の異常に起因するとしたが、この異常の原因を特定するには至っていない。 筋疲労は、筋紡錘の求心性活動（Ia型、II型）に対する興奮性作用とIb型ゴルジ体腱器官の求心性活動に対する抑制性作用によって関与していた（図1）。 痙攣の際に受動的に筋肉を伸ばすと、腱器官反射による自律的な抑制の結果、症状が緩和されるという観察から、この提案を支持する状況証拠が生まれた。 しかし、これでは、痙攣が疲労を引き起こす運動の必然的な結果ではない理由、高い熱ストレスを課す環境でより頻繁に発生するように見える理由、または、影響を受ける人と受けない人がいる理由をまだ説明していない。

神経筋制御の変化に関する最も強い証拠は、ヒトおよび動物モデルにおける小筋の実験室研究によるものである。 これらの2つの異なるシナリオのそれぞれにおいて、ストーリーを作ることができるが、それぞれのケースにおいて、ストーリーは不完全である。 EAMCは予測できないことで有名であるため、筋肉の随意的な活性化または電気的誘発収縮によって、けいれんをより確実に誘発できる実験室モデルが開発されてきた。 筋がすでに短縮している状態で活動させると、けいれんがより頻繁に発生することが報告されている（ただし、この記述を支持する証拠は示されていない）。 この実験モデルは、アスリートの運動パターンを反映していない可能性があるにもかかわらず、けいれんの実験室研究において様々な形で使用されてきました。 これは、筋腱の張力が低下すると、ゴルジ体腱器官からの抑制性フィードバックが減少するため、上記のSchwellnusらの提案と一致するものであり、その結果、α運動ニューロンへの運動駆動が増加する可能性がある。 この提案と一致して、KhanとBurneは、短縮した状態で腓腹筋を随意的に最大に活動させると、痙攣した筋肉の腱求心性神経を電気刺激することによって痙攣が抑制されることを発見しました。 しかし、けいれんを起こしやすい条件下でも、13人中5人はけいれんを起こすことができず、さらに2人は測定ができるほど長くけいれんを持続することができなかった。 運動神経を麻酔薬で遮断しても、電気的に誘発される痙攣は消失しないが、神経を遮断すると、痙攣を誘発するために必要な刺激頻度が高くなり、痙攣の持続時間が短くなる。運動単位の放電特性の変化は、患部筋からの求心性入力とそれらの筋への運動駆動に関わる正のフィードバックループの存在と一致している …。

脱水/電解質損失説に対する強い反論は、脱水を防ぐために水分を与え、それが電気誘発けいれんの発症に影響しないことを発見した研究によって提起されている。 しかし、これらの知見は、上記の他の研究とは矛盾する。 なお、MillerらとBraulickらの研究では、脱水の結果、著しい高トラ血症となり、これがけいれんの発生を防いでいる可能性がある。 また、疲労も一因である可能性はあるが、単独で原因となることはない。 マラソンランナーでは、けいれんはレース終盤に多く発生する傾向があります。しかし、マラソンのような持久系競技では、誰もが終盤に疲労しますが、筋けいれんを起こす人は比較的少ないと言われています。 スプリンターに起こる疲労とマラソンレースの終盤に起こる疲労は大きく異なるが、けいれんはどちらの状況でも起こりうる。

したがって、どちらか一方に絞るのではなく、状況に応じて異なるメカニズムを適用することを示唆する正当な理由があるのだ。 私たちは皆、必然的に自分の経験に影響され、ある原因が他の原因より可能性が高い、または一般的であると偏見を持つかもしれないが、重要な問題は、どのように攻撃を治療または予防するかということである。 治療と予防に関しては、もっともらしいメカニズムがあれば効果的な治療法を特定することができるが、治療が有効かどうかを知るためにメカニズムを理解する必要はないことに注意することが重要である

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