歩行開始時の運動パターン(圧中心と重心点の軌跡)

はじめに

静止立位から歩き始める時の運動パターンについて,「ペリー 歩行分析1)」の内容を中心に解説します。

右が遊脚側で左が立脚側の場合,すなわち右下肢を振り出す場合で説明します。

歩行開始時の重心点と圧中心の軌跡

まず,重心点と圧中心の軌跡を図 1 をもとに簡単に説明します。

歩行開始時の重心点と圧中心の軌跡
図 1: 圧中心と重心点の軌跡(文献1より一部改変して引用)

歩行開始時の重心点の軌跡

重心点とは,身体重心の床面への投影点のことです。

まず,立脚側前側方に移動し,次に前方に移動しますが,徐々に遊脚側(中央)に戻ります。

歩行開始時の圧中心の軌跡

圧中心とは,床反力ベクトルの中心であり,身体を支持する力の中心です。

その軌跡は以下の 3 つに分けられます。

  1. 準備:遊脚側の後側方に移動
  2. 体重移動:立脚側に急速に移動
  3. 前進:前方に移動

そして,歩行開始時の運動パターンは,この 3 相に分けることができます。

次に,準備,体重移動,前進のそれぞれを詳しくみていきます。

準備

静止立位では,重心点も圧中心も両足部の中間にあります。
そして,歩行を始めるにあたって,重心点は移動せず,圧中心だけが移動します。
これは,重心を移動させるための準備として圧中心が移動するということです。

圧中心は遊脚側のやや後方に移動します。

遊脚側の下肢を挙上するためには,身体重心は立脚側に移動する必要があります。
そのために,圧中心だけが遊脚側に移動し,遊脚側から身体重心を立脚側に押します。

また,前進するためには,圧中心はやや後方に移動し,後ろから身体重心を前に押します。
簡単に言うと,遊脚期になる下肢が地面を押し始めたということです。

次は,「準備」での筋の活動です。

ヒラメ筋の弛緩と前脛骨筋の収縮が生じます。
ヒラメ筋が弛緩すると,重力に引かれて脛骨が前傾し,重心が前下方に進みます。
また,前脛骨筋の収縮により,圧中心は後方に移動します2)

遊脚側の股関節外転筋と腓骨筋が収縮します。
そして,立脚側の筋(どの筋かは書かれていません)は弛緩し,股関節と膝関節を少し屈曲します。

その結果,下肢が床を押す力(圧中心)は,相対的に遊脚側が強くなります。

体重移動

遊脚側の下肢を挙上するために,立脚側への重心の移動が始まります。
圧中心と重心点ともに立脚側に移動しますが,圧中心の方がより立脚側に移動します。
より立脚側にある圧中心が身体重心を中央に向かって押すことになります。
これは,身体重心の立脚側への動きを止め,立脚側に転倒しないようにするためです。

立脚側の荷重増加に伴い,立脚側の股関節外転筋と腓骨筋が収縮します。

「体重移動」の中頃に,遊脚側下肢の膝関節屈曲が始まり,それに続いて股関節が屈曲し,足関節は背屈します。
遊脚側の筋の働きについては書かれていません。

前進

遊脚側の足趾離地によって,「前進」が始まります。

圧中心は立脚側足部を前進します。
重心点は圧中心よりも前内側にあり,その方向に押されていきます。

重心点は,「骨盤が遊脚側下肢に続いて前進する速度より速く前進する1)」とあります。
また,重心点の方が,圧中心よりも大きく前方に移動します。
つまり,前傾姿勢になるということです。

前へ進む力がどこで生じているのかは書かれていません。
おそらく,前に倒れていく力と,足関節底屈筋群の収縮による力でしょう。

最初の 足趾離地から初期接地までの間の質量中心の速度は,第 2 歩以降の速度の 91% です。

おわりに

進行方向に対してまずは横に動くというパターンは,他の動作にも当てはまることがあります。
歩行開始に関する知識は,動作分析全般に応用できそうです。

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, pp17-19.
2)関屋登: 歩行開始の制御. 理学療法科学. 2001; 16: 139-143.

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