フォースプラットフォーム記録を用いた生体力学的解析のための歩行開始の姿勢構成

歩行開始(GI)は、正行性姿勢と定常状態の移動の間の過渡期であり、全身の推進と安定性を同時に必要とする複雑な運動タスク中の姿勢制御を調査するために文献で古典的に使用されている機能的タスクおよび実験パラダイム^です1。パーキンソン病²、脳卒中³、進行性核上性麻痺⁴、「高レベルの歩行障害」⁵などの神経疾患を持つ患者は、歩行を開始することが困難であることが知られており、転倒のリスクが高くなります。したがって、基礎科学と臨床科学の両方にとって、歩行開始時に作用する姿勢制御メカニズムについての洞察を得るための概念と方法を開発し、科学的知識と歩行および平衡障害の病態生理学のより良い理解を得て、適切な介入を通じてそれらを修復できるようにすることが重要です。

歩行開始の生体力学的組織化の概念を以下に説明し、そしてこの組織を調査するために設計された古典的な方法はプロトコルのセクションで詳述されている。GIは、スイングヒールオフ前に全身に起こる動的現象に対応する「予測姿勢調整」(APA)フェーズ、「アンロード」フェーズ(スイングヒールオフとトーオフの間)、スイングフットがサポート面に接触した時点で終了する「スイング」フェーズの3つの連続フェーズに細分できます。GIプロセスのこの古典的な細分化は、Belenkiiらの先駆的な研究に端を発しています^6,8、直立姿勢で水平に自発的に腕を上げる際の姿勢と動きの調整に焦点を当てています。このパラダイムでは、腕の上げに直接関与する身体セグメントは「焦点」鎖に対応し、焦点鎖の近位部分と支持面との間に介在する身体セグメントは「姿勢^」鎖9に対応する。これらの著者らは、腕を上げる前に、姿勢連鎖における動的および筋電図的現象が体系的に先行し、これを「予測姿勢調整」と呼んだと報告した。GIの場合、スイングヒールオフ(または著者によってはスイングトゥオフ)は、歩行運動の開始と見なされます¹⁰。したがって、この瞬間以前に生じる動的現象はAPAに対応し、揺動肢は焦点鎖¹¹の構成要素であると考えられる。この声明は、運動の生体力学的組織の古典的な概念と一致しており、それによれば、いかなる運動行為も焦点および姿勢の構成要素を伴わなければならない^12,13。

生体力学的観点から、GIに関連するAPAは、圧力中心の後方および中外側(スイングレッグサイド指向)の変位として現れ、重心を反対方向(スタンスレッグ側に向かって前方および方向)に推進するように作用します。圧力変位の予測後方中心が大きいほど、フットコンタクト時の前方重心速度の観点からモーター性能が高くなります^10,14。また、重心を立脚側に推進することで、GI 1,15,16,17の揺動段階で中横方向の安定性を維持するのに貢献します。現在の文献は、この安定性の予測的制御の変化が高齢者の転倒の主な原因であることを強調しています¹。GI中の安定性は、支持基盤内の重心の速度と位置の両方を考慮した量である「安定性マージン」¹⁸の適応により文献で定量化されています。APAの発達に加えて、重力の影響下でのGIのスイングフェーズでの重心の落下は、スタンス脚の上腕三頭筋によって積極的にブレーキされることが報告されています。このアクティブブレーキは、足の接触後の安定性維持を容易にし、支持面⁴へのスムーズな足着地を可能にする。

この論文の目的は、生体力学的アプローチを介してGIの姿勢構成を調査するために、私たちの研究室で開発された材料と方法に関する情報を学者、臨床医、および高等教育機関の学生に提供することです。この「グローバル」方法(以下に詳述する理由から「動的」方法に同化することもできます)は、ブレニエールと共同研究者^10,19によって開始されました。重心の加速度と圧力中心の瞬間位置の両方を計算することは、力学の直接的な原理に基づいています。これらの各ポイントは、ムーブメントに固有のグローバルな表現です。

1つは、運動の目的に関連するすべての身体セグメントの動きの瞬間的な表現です(重心、例えば、GI中の身体の進行速度)。もう一つ(圧力の中心)は、この目的を達成するために必要な支持条件の表現です。これらの2点の瞬間的な位置は、歩行開始のために満たされるべき姿勢動的条件を反映している。フォースプラットフォームは、移動中に支持面に作用する外力とモーメントを直接測定できるため、このモデルに適した機器です。また、自然な動きの実行を可能にし、特別な準備を必要としません。

GIの姿勢組織に影響を与えることは、生体力学的、(神経)生理学的、心理的、環境的、および認知的要因を含む多くの要因が知られています^1,20。この論文は、GIの速度と時間圧の2つの要因の影響に焦点を当て、健康な若年成人で得られた典型的な値を提供します。