運動学

歩行における各筋の働き(殿部,大腿の筋)

投稿日:2020年11月29日 更新日:

はじめに

歩行における殿部と大腿の筋の働き(役割)をまとめました(下腿,足部はこちら)。

別々にまとめている分,歩行の全体像は分かりにくくなっており,歩行周期についての基礎知識がないと読みづらいと思います。
また,通読ではなく,必要な筋のところだけを読むことを想定しています。
ですので,同じように働く筋では,記載内容が重複します。

EMG(筋電図)で測定した筋活動の強度は,% MMT で示されています。
% MMT は,徒手筋力テストで最大収縮を行なっている時に記録される強度を基準とし,その基準の何% の強さであるのかを表します。

「GC」は gait cycle(歩行周期)の略です。

文献 1)を主に参考にしてまとめています。
図も文献 1)を参考にして作図しています。

目次

大腿四頭筋の広筋群

中間広筋

中間広筋のEMG
図 1:中間広筋のEMG

活動期間:95% GC 〜 20% GC
最大活動のタイミングと強度:8% GC,強度の記載なし

外側広筋

外側広筋のEMG
図 2:外側広筋のEMG

活動期間:90% GC 〜 16% GC
最大活動のタイミングと強度:8% GC,強度の記載なし

長内側広筋

長内側広筋のEMG
図 3:長内側広筋のEMG

活動期間:91% GC 〜 16% GC
最大活動のタイミングと強度:4% GC,強度の記載なし

斜内側広筋

斜内側広筋のEMG
図 4:斜内側広筋のEMG

活動期間:89% GC 〜 14% GC
最大活動のタイミングと強度:6% GC,強度の記載なし

広筋群の最大強度は 21 〜 38% MMT との記述はあるのですが,各筋の最大強度についての記述はありません。

遊脚終期に活動を始めます。
遊脚終期の膝関節伸展は重力に抗した伸展です。
遊脚中期から続く膝関節伸展の勢いが弱まる分,膝関節伸筋群が働く必要があります。
また,荷重応答期での衝撃吸収に備える必要があります。

荷重応答期は膝関節伸筋群の遠心性収縮によって衝撃を吸収します。
この時に広筋群の活動は最大となります。

20% GC(立脚中期の中間)までには広筋群は全て休止します。
立脚中期には,下腿の前進は距腿関節底屈筋群によって抑えられていますが,膝より上の部分は抑えられずに前進しますので,膝関節には伸展する力がかかります。
床反力ベクトルは 23% GC までに膝関節軸の前に移動します。

大腿直筋

大腿直筋のEMG
図 5:大腿直筋のEMG

活動期間:57% GC 〜 65% GC
最大活動のタイミングと強度:50% GC,18% MMT

最大活動の強度について,他の筋では被験者間の平均だと思うのですが,大腿直筋だけは「最大 18% MMT」と書かれており,平均値ではないようです。

前遊脚期の後半から遊脚初期の前半に活動します。
この期間は,膝関節と股関節が急速に屈曲する期間です。
大腿直筋は,膝関節が屈曲しすぎないよう制御しつつ,股関節を屈曲しています。

広筋群が働く荷重応答期や遊脚終期では,大腿直筋は股関節を屈曲してしまうので働きません。

大腿二頭筋短頭

大腿二頭筋短頭のEMG
図 6:大腿二頭筋短頭のEMG

活動期間:65% GC 〜 82% GC
最大活動のタイミングと強度:71% GC,20% MMT

遊脚初期と遊脚中期に働きます。

遊脚初期には膝関節が最も屈曲します。
大腿二頭筋短頭はその膝関節屈曲の主動作筋で,最大強度に達します。

遊脚中期には膝関節は伸展します。
大腿二頭筋短頭は膝関節伸展のスピードを制御します。

立脚終期(33〜45% GC)に活動する場合があります(グラフの薄いところ)。
立脚終期には受動的に膝関節が伸展します。
大腿二頭筋短頭は膝関節の過伸展を防ぎます。

グラフ(図 6)にはありませんが,初期接地で働くことがあります。
初期接地には,床反力ベクトルは膝関節の前方にあり,膝関節が過伸展する可能性があり,それを制御します。

荷重応答期に働くこともあります(グラフ(図 6)にはない)。
膝関節外旋筋として,膝関節の内旋を制御します。

膝窩筋

膝窩筋のEMG
図 7:膝窩筋のEMG

活動期間:記載なし
最大活動のタイミングと強度:50% GC,20% MMT

「最大強度は立脚終期に 14% MMT」との記述もありますが,これはグラフと一致しません。

膝窩筋の活動パターンには個人差が大きく,一定のパターンを示さないようです。
グラフ(図 7)に示されたパターンが何なのかは記載がありません。

遊脚初期以外の全ての相で活動している可能性があります。

立脚終期には受動的に膝関節が伸展します。
そのとき,膝窩筋は膝関節の過伸展を防ぎます。

前遊脚期から遊脚初期にかけて,膝関節は急速に屈曲しますが,主に受動的な力で屈曲します。
膝窩筋は前遊脚期での屈曲を補助するために働きます。
最大の活動は 50% GC で生じます。
遊脚初期には働きません。

その他の相での働きについては記載がありません。

大腿二頭筋長頭

大腿二頭筋長頭のEMG
図 8:大腿二頭筋長頭のEMG

活動期間:82% GC 〜 5% GC
最大活動のタイミングと強度:93% GC,22% MMT

遊脚中期の中頃から活動を始めます。

遊脚中期に遊脚終期の膝関節伸展を制御する準備として活動を始めます。
遊脚中期には股関節が屈曲していますので,股関節伸展の作用がある大腿二頭筋長頭は積極的に働くことができません。

遊脚終期には,膝関節伸展を止めるために働きます。
膝関節が最も伸展するのは 95% GC で,大腿二頭筋長頭の最大活動は 93% GC です。
股関節でも,遊脚終期でのさらなる屈曲を抑制するために働きます。

初期接地には膝関節伸展モーメントが生じます。
膝関節過伸展を防ぐために働きます。
また,股関節には屈曲モーメントが生じます。
股関節を安定させるために働きます。

荷重応答期には膝関節外旋筋として膝関節内旋を制御します。
また,股関節屈曲モーメントに対しても働きます。
大腿四頭筋の活動による脛骨を前方に引き出す力が生じますが,その力に抗して働きます。
そして,荷重応答期の初期(5% GC)に休止します。
内側ハムストリングスよりも先に休止する理由は書かれていません。

立脚終期に膝関節過伸展を防ぐために働くことがあります。

半膜様筋

半膜様筋のEMG
図 9:半膜様筋のEMG

活動期間:81% GC 〜 15% GC
最大活動のタイミングと強度:88% GC,38% MMT

遊脚中期に遊脚終期の膝関節伸展を制御する準備として活動を始めます。

遊脚終期には遠心性収縮によって膝関節伸展を抑制します。
股関節でも,遊脚終期でのさらなる屈曲を抑制するために働きます。
半膜様筋の活動は遊脚終期に最大になります。

初期接地には膝関節伸展モーメントが生じます。
膝関節過伸展を防ぐために働きます。
また,股関節には屈曲モーメントが生じます。
股関節を安定させるために働きます。

荷重応答期には股関節屈曲モーメントに対して股関節を安定させるために働きます。
そして,股関節を内旋します。
大腿四頭筋の活動により,脛骨を前方に引き出す力が生じますが,その力に抗して働きます。

立脚中期に膝関節が伸展するに従い,股関節伸筋として働きます。
立脚中期の終わりまでには,股関節が床反力ベクトルの前方に移動するため,股関節伸筋の活動は不要になります。

半腱様筋

半腱様筋のEMG
図 10:半腱様筋のEMG

活動期間:88% GC 〜 17% GC
最大活動のタイミングと強度:98% GC,24% MMT

活動開始は遊脚終期からで,半膜様筋のように遊脚中期には活動しません。

遊脚終期には遠心性収縮によって膝関節伸展を抑制します。
股関節でも,遊脚終期でのさらなる屈曲を抑制するために働きます。
半腱様筋の活動は遊脚終期に最大になります。

初期接地には膝関節伸展モーメントが生じます。
膝関節過伸展を防ぐために働きます。
また,股関節には屈曲モーメントが生じます。
股関節を安定させるために働きます。

荷重応答期には股関節屈曲モーメントに対して股関節を安定させるために働きます。
そして,股関節を内旋します。
大腿四頭筋の活動により,脛骨を前方に引き出す力が生じますが,その力に抗して働きます。

立脚中期に膝関節が伸展するに従い,股関節伸筋として働きます。
立脚中期の終わりまでには,股関節が床反力ベクトルの前方に移動するため,股関節伸筋の活動は不要になります。

立脚終期にも働くことがあります(グラフ(図 10)の薄いところ)。
立脚終期に膝関節伸展のピークがあり,そこでの過伸展を防ぎます。
また,文献には書かれていませんが,立脚終期後半は膝関節が屈曲しますし,股関節も伸展しますので,半腱様筋が働いてもおかしくはありません。

薄筋

薄筋のEMG
図 11:薄筋のEMG

活動期間:50% GC 〜 4% GC
最大活動のタイミングと強度:69% GC,25% MMT

前遊脚期から遊脚初期にかけて,膝関節は急速に屈曲しますが,主に受動的な力で屈曲します。
薄筋はその屈曲を補助します。

股関節は,前遊脚期から遊脚中期まで屈曲を続けます。
薄筋は股関節屈筋として働き続けます。
遊脚初期には,下腿の慣性力によって股関節に伸展モーメントが生じますので,股関節屈筋群が活動する必要があります。
薄筋は遊脚初期に活動が最大となります。

前遊脚期は反対側下肢への体重移動が行われます。
その時,薄筋が股関節内転筋として,体重移動を制御します。

薄筋は互いに拮抗する作用のある縫工筋と共同で働きます。
股関節の内・外転と内・外旋を制御しながら,股関節と膝関節を屈曲することができます。

遊脚中期に股関節の屈曲が終わると,薄筋の筋活動は最小になります。
その後の遊脚終期から荷重応答期の初めにかけて薄筋は働いていますが,その働きについては記載がありません。

グラフの薄いところが示すように,遊脚初期前後の短い期間だけ働く場合があります。
文献にはその説明がありませんが,最大活動が生じるところであり,薄筋が最も必要とされる期間といえるでしょう。

縫工筋

縫工筋のEMG
図 12:縫工筋のEMG

活動期間:60% GC 〜 71% GC
最大活動のタイミングと強度:65% GC,20% MMT

前遊脚期から遊脚初期にかけて,膝関節は急速に屈曲しますが,主に受動的な力で屈曲します。
縫工筋がその屈曲を補助します。

遊脚初期には,下腿の慣性力によって股関節に伸展モーメントが生じますので,股関節屈筋群が活動する必要があります。
縫工筋が股関節屈筋として働きます。

縫工筋は互いに拮抗する作用のある薄筋と共同で働きます。
股関節の内・外転と内・外旋を制御しながら,股関節と膝関節を屈曲することができます。
長内転筋の内転にも拮抗します。

大内転筋

大内転筋のEMG
図 13:大内転筋のEMG

活動期間:92% GC 〜 7% GC
最大活動のタイミングと強度:1% GC,40% MMT

遊脚終期から活動を始めます。
股関節のさらなる屈曲を抑制しつつ,初期接地での最大活動に備えています。

初期接地と荷重応答期に生じる股関節屈曲モーメントに対して,股関節伸筋として働きます。

股関節内転筋としての働きについては記載がありません。

大殿筋下部線維

大殿筋下部線維のEMG
図 14:大殿筋下部線維のEMG

活動期間:95% GC 〜 10% GC
最大活動のタイミングと強度:3% GC,25% MMT

遊脚終期から活動を始めます。
股関節のさらなる屈曲を抑制しつつ,荷重応答期での最大活動に備えています。

初期接地と荷重応答期に生じる股関節屈曲モーメントに対して,股関節伸筋として働きます。
また,股関節外旋筋として荷重応答期の股関節内旋を制御します。

中殿筋

中殿筋のEMG
図 15:中殿筋のEMG

活動期間:96% GC 〜 29% GC
最大活動のタイミングと強度:7% GC,28% MMT

最大活動は6% GC とも書いてあります。

遊脚終期に,初期接地と荷重応答期に備えて働き始めます。
また,股関節屈筋群によって生じる股関節内転に拮抗する働きもあります。

初期接地と荷重応答期には,床反力ベクトルは股関節の内側にあり,股関節内転モーメントが生じます。
中殿筋は外転筋として働きます。
荷重応答期に最大活動が生じます。
それでも非荷重側の骨盤が落下(荷重側の股関節が内転)しますが,これが衝撃吸収になります。

立脚中期の 25% GC で身体重心は最も外側に移動し,その後,中央に戻っていきます。
その時に,股関節は受動的に外転することになり,内転モーメントは小さくなります。
中殿筋は立脚中期の終わり(29% GC) で休止します。

小殿筋

中殿筋と同じように働いている可能性がありますが,深部の筋であり詳細は明らかになっていません。

大殿筋上部線維

大殿筋上部線維のEMG
図 16:大殿筋上部線維のEMG

活動期間:95% GC 〜 24% GC
最大活動のタイミングと強度:3% GC,26% MMT

遊脚終期に,初期接地と荷重応答期に備えて働き始めます。
また,股関節屈筋群によって生じる股関節内転に拮抗する働きもあります。

初期接地と荷重応答期には,床反力ベクトルは股関節の内側にあり,股関節内転モーメントが生じます。
大殿筋上部線維は外転筋として働きます。
荷重応答期に最大活動が生じます。
それでも非荷重側の骨盤が落下(股関節が内転)しますが,これが衝撃吸収になります。

立脚中期の 25% GC で身体重心は最も外側に移動し,その後,中央に戻っていきます。
その時に,股関節は受動的に外転することになり,内転モーメントは小さくなります。
大殿筋上部線維は立脚中期の中頃(24% GC) で休止します。

膝関節に対する作用もあります。
腸脛靱帯を介して膝関節伸筋としても働きます。
さらに膝関節内転モーメントに対して働いて,側方の安定性を高めます。

大腿筋膜張筋

大腿筋膜張筋のEMG
図 17:大腿筋膜張筋のEMG

活動期間:87% GC 〜 43% GC
最大活動のタイミングと強度:記載なし

28% GC 〜 40% GC だけ活動する場合や,全く活動しない場合もあります。
活動開始は 87% GC となっているのですが,グラフは 87% GC よりも前になっています。

主に後部線維が働きます。

荷重応答期の膝関節内旋を,膝関節外旋筋として制御します。

立脚期の股関節内転モーメントに対して,他の外転筋(中殿筋と大殿筋上部線維)が休止したあとも働き続けます。

また,立脚期の膝関節内転モーメントに対しても,腸脛靱帯を介して働き続けます。

立脚終期に股関節の伸展が過度にならないよう制御します(前部線維)。

長内転筋

長内転筋のEMG
図 18:長内転筋のEMG

活動期間:46% GC 〜 77% GC
最大活動のタイミングと強度:50% GC,35% MMT

グラフ(図 18)での最大活動は 50% GC になっていません。

遊脚期での股関節屈筋としては一番初めに働き始めます。
立脚終期の股関節過伸展を制御しつつ,活動強度を高めていき, 50% GC で最大となります。

その後,遊脚期の股関節屈筋として働き続けて,遊脚中期に股関節屈曲角度が最大となる(84% GC)よりも前に休止します。

内転筋としては,遊脚終期から前遊脚期にかけて,反対側下肢への体重移動を制御しています。

短内転筋

長内転筋と同じように働くと考えられますが,単独に短内転筋の筋活動を確認できず,詳細は不明です。

腸骨筋

腸骨筋のEMG
図 19:腸骨筋のEMG

活動期間:63% GC 〜 74% GC
最大活動のタイミングと強度:69% GC,強度の記載なし

遊脚初期に股関節屈筋として働きます。

通常の歩行速度では腸骨筋はあまり強く働きませんが,より速い歩行やより遅い歩行では腸骨筋の活動が高まります。

おわりに

歩行時の筋の働きは複雑ですが,理学療法士であれば避けて通れないところです。

参考文献

1)武田功(統括監訳): ペリー 歩行分析 原著第2版 -正常歩行と異常歩行- .医歯薬出版, 2017.
2)月城慶一, 山本澄子, 他(訳): 観察による歩行分析. 医学書院, 2006.

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