動的バランスの理解

PAPER Column

タイトル:The condition for dynamic stability.

著者:Hof A.L, Gazendam M.G.J and Sinke W.E

雑誌:Journal of Biomechanics. 2005; 38(1): 1-8

みなさん日々の業務・勉強お疲れ様です。

本日の紹介論文は最近の動的バランスの指標となっているextrapolated center of mass position(XcoM)を初めて定義した論文になります。XcoMは何かといいますと、重心(centre of mass:CoM)に速度や慣性力を考慮した座標になります。物理学が好きなセラピストはきっと好きになる内容です。

初めに

みなさん養成校でバランスについて支持基底面(base of support:BoS)の中にCoMがなければ安定しないと教えてもらいませんでしたか?

しかしこれは動的場面では容易に崩れます。動的な場面ではCoMに速度があるからです。ニュートン先生の第2法則F=maから考えると、質量に加速度が生じると力が発生するため、たとえBoSの中にCOMがあってもBoSの外に向けて加速度が強く生じていればバランスを崩す可能性があります。逆もまたしかりです。この動的バランスを評価する指標を作るために今回の研究は行われています。

方法

被験者は10名の健常者(男性5名、平均年齢23.3±1.3歳、体重74.1±12.4、脚長0.936±0.06m)。フォースプレートを使用し、被験者は片足立ちで前後左右に体重移動するように求めました。

次に両足での静止立位、片足立ちでの静止立位、両足つま先立ちでの静止立位、片足つま先立ちでの静止立位とトレッドミル上で通常歩行(1.5m/s)を行いました。

結果

下の図はつま先立ち時のCoP, CoM, XcoMの時間変化を示しています。この場合のXcoMとCoMの位置は最大で1cm異なるそうです。

また、両足静止立位時の違いは少なく、1mm程度だそうです。(静止していても1㎜動いているともとらえられます。)

下の図は歩行時の横方向のCoP, CoM, XcoMを示しています。ここでは、Xcomの軌跡がCoMの軌跡からかなりズレていることがわかります。実際に立脚期のCoPはXcoMから2.5cm程度ずれているそうです。足の境界線BoSは、実際に測定されたCoMに対して1-2cm外束に位置していたことを考慮すると、歩行中のb*は2-3cmの範囲にあることを示唆し、歩行中にbが2cm以下になるとバランスが悪くなる可能性が考えられるそうです。

*動的な状況下では、CoMの位置とその速度に係数をかけたもの√I/gがBoS内にある必要があります(I=脚の長さ、g=重心加速度)。このベクトル量を推定重心位置(XcoM)と定義します。この定義は、安定性の尺度(margin of stability:b)で示され、XcoMからBoSの境界までの最小距離を示します。つまり、bが小さいほどバランスが悪く、bが大きいほどバランスが良いことになります。

私的解釈

XcoMは動的バランスを理解するうえで非常に重要とされています。今回の論文のデータからも読み取れるように、一般的な歩行ではCoMがBoSから常に逸脱しています。これは動歩行と呼ばれ、転倒の繰り返しをしていることになります。

ここで臨床場面のことを考えてみます。この観点から考えると、歩行練習ではBoSからCoMが逸脱する必要があると考えられます。片麻痺の方などは安定を求めやすくなり、この逸脱が起こりにくいことがよくあるとおもいます。しかしこれでは正常な歩行練習にはならず。動歩行の獲得に至れないことが考えられます。

バランス練習にも応用することができると思います。運動はCoMに加速度が加わることで起こるため、安定してゆっくりと行う運動をしていると、加速度も入りにくく、動的バランスの改善につながらない恐れがあります。患者様に恐怖を与えない範囲でCoMの速度的な変化を強調したプログラムを取り入れてみるのもよいのではないかと思います。

今回動的バランスの指標を生み出した論文を紹介させていただきました。この論文を引用している論文は多くあり、そちらのほうも徐々に紹介できればと思います。

お見苦しい文章で大変恐縮ですが最後までお付き合いいただき誠にありがとうございました。

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