歩行中の筋活動のつながりを分かりやすく解説

きんたろー
こんにちわ!理学療法士のきんたろー(@kintaroblog)です

さて、ヒトの歩行は様々な筋肉が活動することでそれは実現できているのですが、この時歩行中に参加する筋肉の数というのは沢山存在しています。

数多くの筋活動が『歩行』という一連のフェーズの中において、一瞬で様々な活動の変化を起こす(収縮&弛緩)わけですが、このように考えた場合生じる疑問が、「果たしてこの膨大すぎる筋活動は一体どのように生まれているのか?」という問いです。

『歩行』は一歩進んで完結するなんてことはほぼ100%なく『立脚期』『遊脚期』を何度も何度も繰り返すわけですが、この時大脳皮質が一つ一つの筋肉に対していちいちコントロールを行うとなると、脳にかかる負担が膨大なものになるということは容易に想像できます。

だからこそ、少しでもこの筋活動のバリエーションを簡略化するために私たちヒトがとり入れているのが『シナジー』という筋活動戦略です。

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そこで、この記事では…

歩行中どの筋肉がシナジーパターンとして活動しているのか?

この問いに対して、実際の研究結果をベースに解説していきます。

歩行中の筋活動のつながりを分かりやすく解説

komuraの研究において、43筋を装備させた筋骨格モデルを使って歩行を行うモデルを組んだ時、この際一つの筋活動を低下させた場合、その他の筋にどのような影響が及びまたどのような代償が生じているかを分析しました。

すると、面白い結果が得られたのでその代表例を見ていきましょう。

歩行周期において大殿筋の筋活動が低下した場合

歩行周期中、大殿筋は主に立脚初期〜立脚中期に最もその筋活動量が大きくなると考えられています。

よって、何らかの理由によって大殿筋の筋活動が低下してしまうと歩行中に下肢の“支持”が困難となり転倒リスクが高くなってしまうことが考えられます。

このように、主に立脚初期〜立脚中期に活動する大殿筋ですが、意図的にこの大殿筋の筋活動を低下させるとどうなったか?

結果は…“ハムストリングス” ・”広筋群”・ “中殿筋”がその代償を行うかのように普通よりも筋活動が高くなったのです。

ちなみにですが、大殿筋と広筋群というのは運動学的なつながり(筋連結)は持っていません。

筋肉そのものがつながっているのであれば、そのつながりのある筋肉が弱くなった筋肉の代わりに強く働くイメージは湧きやすいですが、筋肉そのものにつながりがない場合、ここから考えられる解釈としては大殿筋と広筋群が『シナジー関係』になっているということです。

よって、これは逆のパターンでも同じことがいえ、仮に広筋群の筋活動が低下した場合には大殿筋がそれを代償するといったことも事実として分かっています。

運動学的に繋がりがない筋肉が歩行中同期して活動している=シナジーパターン

では、この両者の機能的な役割とな何なのか。

それは、歩行中における股関節と膝関節の抗重力伸展活動を促す役割を持っていることです。

つまり、歩行周期中最も重力に対して抗する立脚初期~中期にかけて、この両者の機能的なつながり(シナジーパターン)はとても必要になるのです。

歩行周期において腸腰筋の筋活動が低下した場合

歩行周期における『腸腰筋』は、主に遊脚相の前期(initial swing)で強く活動が生じると考えられています。

よって、腸腰筋の筋活動が低下すると下肢の振り出しが困難となり歩幅が狭くなったり、脳卒中後遺症患者様であれば『ぶん回し様』の歩容になってしまう場合があります。

この腸腰筋を意図的に筋活動を低下させたらどうなったか…

結果、代償を行った筋は“腓腹筋”・”大腿直筋”・”小殿筋”ということが明らかになりました。

中でも腓腹筋においては、先ほどお話しした大殿筋と広筋群の関係と同じように、腸腰筋とは解剖学的に見れば遠い位置関係にあり、なおかつ協働で作用する筋でもありませんが『歩行』という行為の中ではシナジーパターンを形成して協働作用することが分かりました。

では、腸腰筋と腓腹筋は歩行周期中においてどのような協働作用が行われるのでしょうか?

これは、腸腰筋が最も活動するフェーズでもある下肢を振り出す際に協調関係を示します。

少し、運動学的に解説していきます。まず、立脚中期以降に股関節は伸展していきますが、その際股関節の前方に付着している腸腰筋はこれにより遠心性収縮を行います。

そのため、その際の腸腰筋はバネのように伸張することでパワーを溜めている状態となっています。

やがて遊脚期に入ると、今まで伸張されていた腸腰筋は弾性性質を利用してゴムのように一瞬で収縮することによって、下肢の振り出しが行われます。

またその時、足関節が底屈し地面を蹴りだすことによって下肢の振り出しをさらに助長するような形となるのです。

その足関節の底屈を担っているのが腓腹筋であり、このことから腸腰筋と腓腹筋は歩行中の下肢の振り出しという側面において機能的につながりが深いわけです。そのため、一方の筋機能が低下した場合は、もう一方が代償しなければ下肢の振り出しが円滑に行われないのです。

動作分析臨床活用講座~バイオメカニクスに基づく臨床推論の実践~ 石井慎一郎 より引用

このように、歩行における筋間の機能的なつながり(シナジーパターン)は存在していて、これらを知っておくことで仮説の引き出しが多くなっていくのではないかと思います。

このシナジーパターンのポイントとしては、繰り返しですが筋肉そのものが物理的につながっていないもの同士でも存在するということを覚えておきましょう。

今回お話しした『シナジーパターン』や『運動の自由度問題』等については以下の記事で詳しく解説しています。

ご興味ある方はこちらも合わせてご覧ください。

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最後に

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