1. じっと たって いる とき、体は とまって いるの?
1. 「気をつけ」で立つ体は、本当に止まっているのか
1. 静止立位でも体は止まらない ── 足首を軸にした振り子
みんなで 「気を つけ」の しせいで たって いる ところを、思いうかべて ください。だれも うごいて いない ように 見えます。
でも、じっと たって いる 人の 体は、足首を まん中に して、まえと うしろへ ちいさく ゆれ つづけて いると 考えられて います[3]。ゆれが 小さいので、見た 目では じっと して いるように 見えるのです。
この ゆれを しらべる 人たちは、さかさまの ふりこに たとえます[3]。ふりこは ふつう 上から ぶらさがりますが、さかさまの ふりこは、下で ささえて 上に のって います。すこし かたむくと、そのまま たおれて しまう かたちです。
つまり 立って いる 人は、「たおれかけては、もどす」ように 体を たもって いると 考えられて います。では、どうやって もどして いるのでしょう。足首の 筋肉が かたいから、でしょうか。
止まっているのに、揺れている
「気をつけ」で並んだ朝礼の列は、だれも動いていないように見えます。ところが、静かに立っている人の体は、足首を中心にして前後へ小さく揺れ続けています。この揺れは重心動揺(姿勢動揺)と呼ばれ、研究では、足首を軸にした倒立振り子の前後の振動として扱われます[3]。
さかさまの振り子とは
ふつうの振り子は、上から吊るされているので、揺れても自然に真下へ戻ります。倒立振り子は逆で、下の一点で支えられて上に伸びています。少し傾けば、そのまま倒れる側へ進んでしまう形です。立っている体は、足首を支点にしたこの形に近い、と見なされています。
揺れが小さいので、見た目には止まっているように見えるだけで、体の内側では「倒れかけては戻す」が続いています。では、戻す力は、足首のまわりの筋肉がかたいことから生まれるのでしょうか。
静止して立っているときも、体は止まらず、足首を軸にした倒立振子(さかさまの振り子)のように前後へ小さく揺れ続ける。この揺れは重心動揺(姿勢動揺)と呼ばれる[3]。ふつうの振り子は支点の下に重りがあるので、揺れても自然に戻るが、倒立振子は支点の上に重りがあるため、傾けば倒れる側へ進む。静止立位の研究では、この単純な形が、揺れを調べるための出発点として使われてきた。
見た目の静けさと実際の動きが食いちがうのは、揺れが小さいためである。だが、小さいからといって、体が「つり合って止まっている」わけではない。つり合いは不安定で、少しでも傾けば自然に戻らない。そのため、立つことは「倒れかけては戻す」操作の連続になる。では、その戻す力は、筋がかたいことで生まれるのか。次の章で、この単純な答えがなぜ足りないのかを見る。
2. 足首の 筋肉が かたければ、たおれないの?
2. 筋肉のかたさだけでは足りないとき、何が体を戻すのか
2. 筋のかたさ(スティフネス)だけでは足りない ── 脳が「ときどき」押し戻す
こたえは、「それだけでは たりない」です。
重力は、体を たおそうと する ちからを つくります。足首の まわりの 筋肉の かたさは、この ちからを うけとめるのに たりない、と する けんきゅうが あります[3]。かたい ぼうの ように ささえる だけでは、立って いられないのです。
そこで はたらくのが、脳と 神経です。かたむいて きたら、足首の 筋肉に ちからを 入れて、もとへ 押し もどします[3]。
ただ、この 押し もどしは、いつも すぐには できません。体の 知らせが 脳に とどくまでに、0.2びょうを だいぶ こえる おくれが あるからです[3]。1びょうの 5ぶんの 1より 長い 時間です。そこで、押し もどしは 「ときどき」 入る、と 考える せつめいが ゆうりょくだと されて います[3]。まだ ひとつに きまった 考えでは ありません。
やってみよう まわりに だれも 物も ない ところで、30cmの ものさしを、手の ひらに 立てて みます。じっと していようと しても、ものさしは かたむきます。手を ちいさく 動かして、かたむきを 直し つづける ことに なります。
ただし 本当は、人の 体は 手で ささえる わけでは なく、足首の ちからで ささえます。ものさしは、「かたむくのを 見て 直す」ようすを 思い出す ための たとえです。では、かたむきを 知らせて いるのは、体の どこでしょう。
「筋肉がかたいから立てる」ではない
重力は、体を倒そうとする力(転倒トルク)をつくります。研究では、足首まわりの筋のかたさ(スティフネス)は、この力を受けとめるには足りないと報告されています[3]。筋の受け身の働きだけでは立てない、ということです。
そこで必要になるのが、神経による能動的な制御です。体が傾いたら、脳が足首まわりの筋に指令を出し、もとへ押し戻します[3]。立つとは、筋が固まって動かないことではなく、押し戻しを続けることだと言えそうです。
「すぐ」ではなく「少し遅れて、ときどき」
ところが、体からの感覚の情報が制御の中枢に届くまでには、0.2秒を大きく超える遅れがあります[3]。0.2秒は1秒の5分の1です。そんなに遅れた情報で、休みなく直し続けるのは難しいため、足首の能動的な修正を「ときどき(間欠的に)」入れる、というモデルが有力だとされています[3]。有力な説明であって、唯一の定説ではありません。
やってみよう まわりに人も物もない場所で、30cmのものさしを手のひらに立ててみます。じっとさせようとしても、ものさしは傾き、手を小さく動かして直し続けることになります。ただし、人の体は手ではなく足首で支えます。ものさしは、「傾きを見て直す」様子を思い出すためのたとえです。
では、その傾きを知らせているのは、体のどこなのでしょうか。
重力は、体を倒そうとする力(転倒トルク)をつくる。Morassoらは、足首まわりの筋のかたさ(スティフネス)は、この力に対して明らかに足りない(under-critical)と述べる[3]。したがって「筋がかたいから立てる」という説明は成り立たず、神経による能動的な制御が要る。
だが能動的な制御には、別の問題がある。感覚の情報が制御の中枢に届くまでには、0.2秒を大きく超える遅れがある[3]。0.2秒は1秒の5分の1である。傾きを見てから直すまでに、この遅れがはさまると、休みなく連続して直し続けるのは難しい。そのため、足首の能動的な修正を、連続でなく「ときどき(間欠的に)」入れるモデルが有力とされる[3]。ただし、有力な説明モデルであり、唯一の定説ではない。
日本の研究でも、通常の静止立位は間欠制御で保たれ、姿勢の位置をはっきり決める課題が与えられると、連続的なスティフネス制御へ切りかえている可能性が示されている[4]。いずれにせよ、立位は「遅れのある情報で、ときどき直す」問題になっている。では、その情報は、体のどこから届くのか。
3. かたむきを 知らせる のは、体の どこ?
3. 傾きを知らせるのは、耳・目・体の感覚の3つ
3. 内耳・視覚・体性感覚 ── 3つの情報を脳が合わせる
ひとつめは、耳の おくに ある 内耳です。頭が 重力に たいして どちらを むいて いるかを、脳に 知らせます[1]。ふたつめは 目です。まわりの ようすを 知らせます。
みっつめは、足の 筋肉や 関節、皮膚に ある センサーです。足が どう 動いて いるかを 知らせます[1]。
耳の おくでも、はたらきは 分かれて います。頭の かいてんは さんはんきかんが、まっすぐ 動く ときの ちからや 重力は、前庭の じせききが 感じると いわれます[2]。
脳は、この 3つの 知らせを 合わせて、体の かたむきを 知ります[1]。ひとつの 知らせが 少なく なった とき、ほかの 2つが 手がかりに なる ことも あります。では、目を とじると、どう なるのでしょう。
3つの情報源
1つめは内耳(前庭)で、頭が重力に対してどちらを向いているかを脳に伝えます。2つめは目で、周りの様子を伝えます。3つめは、脚の筋や関節、皮膚にあるセンサーで、体性感覚と呼ばれます[1]。
内耳の中でも役割が分かれています。三半規管は頭の回転(回転加速度)を、前庭の耳石器は重力を含む直線方向の加速度を感じます[2]。耳の仕組みの細部は、ここでは立つことにつながる範囲にとどめます。
脳は3つを合わせて使う
平衡は、この3つの情報を脳が合わせて保っている、と説明されています[1]。1つが弱くなっても、残りの2つが手がかりになる余地があります。では、その1つである目を、実際に閉じてみるとどうなるのでしょうか。
立っているときの平衡は、内耳(前庭)・視覚・体性感覚の3つの情報を、脳が合わせて保つ[1]。前庭は頭が重力に対してどちらを向くかを伝え、視覚は周囲の様子を伝え、脚の筋・関節・皮膚の感覚(体性感覚)は足の動きを伝える。
内耳の中でも担当は分かれている。三半規管は頭の回転(回転加速度)を、前庭の耳石器は重力を含む直線方向の加速度を感じる[2]。頭の傾きと、目に映る景色と、足の感覚は、それぞれ伝える中身がちがうので、組み合わせると1つの感覚だけより手がかりが増える。この3つを脳が合わせた情報にも、第2章で見た遅れはつきまとう。
この3つの重みづけは固定されていない。状況に応じて、視覚・体性感覚・前庭覚の比重を変えて姿勢を制御するという要旨があり、前庭の働きが落ちると視覚への頼り方が増えることがある、とされる[6]。では、視覚を取り除くと、揺れは実際にどう変わるのか。
4. 目を とじると、ゆれは どう なるの?
4. 目を閉じると、揺れはどう変わるのか
4. 閉眼で揺れが増える ── 研究の対象と、読み方の注意
けんこうな 女の 人 37人の 体の ゆれを しらべた けんきゅうでは、目を あけた ときより、とじた ときの ほうが、ゆれの きょりや はんいの 数字が 大きく なって いました[5]。
目も、立つ しごとを 手つだって いたようです。目を とじると、手がかりが ひとつ へります。のこった 耳と 体の かんかくで、ささえる ことに なります。
この けんきゅうは、おとなの 女の 人たちを しらべた ものです。子どもたちの 数字では ありません。
耳の おくの はたらきが よわく なると、目に たよる ことが ふえる 場合も あると いわれます[6]。かんかくの たよりかたは、じょうきょうで かわるようです。
やってみよう かべや つくえの すぐ ちかくで、おうちの 人に そばに いて もらいます。はだしか すべらない くつ下で、りょう足で まず 10びょう、目を あけて 立ちます。つぎに 目を とじて 10びょう 立ちます。体の ようすが どう ちがうか、あとで 話して みましょう。くらくらしたら、すぐに 目を あけて、かべに 手を つきます。
ゆれが 大きく なった ように 感じる 人も、あまり かわらない 人も います。では、ゆれを ぜんぶ 足首だけで 直して いるのでしょうか。
閉眼で、数字が大きくなる
健康な女性37人を対象にした重心動揺の研究では、重心動揺の距離や面積といった項目の数値が、開眼のときより閉眼のときのほうが大きくなっていました[5]。視覚の手がかりが減ると、揺れが大きくなるのです。目も、立つ仕事を手伝っていたことになります。
この結果は、成人女性を対象にした1つの研究の数字です。子どもや、ほかの人の数値として、そのまま当てはめることはできません。
感覚の頼り方は変わる
どの感覚にどれだけ頼るかは、状況に応じて変わるという要旨があります。前庭の働きが落ちると、視覚への頼り方が増えることがあるとされます[6]。
やってみよう 壁や机のすぐ近くで、家の人にそばにいてもらいます。はだしか滑らない靴下で、両足で10秒、目を開けて立ちます。次に目を閉じて10秒立ち、足の裏や足首のあたりの感じがどう違うかを、あとで話してみます。ふらつきそうになったら、すぐ目を開けて、壁に手をつきます。
揺れが大きく感じられる人も、あまり変わらない人もいるはずです。では、揺れを抑えているのは足首だけなのでしょうか。
視覚を取り除くと、揺れはどうなるのか。健康な女性37人を調べた研究では、重心動揺距離や包絡面積、重心動揺面積の項目が、開眼時より閉眼時で有意に大きくなっている[5]。目を閉じて視覚の手がかりが減ると、残りの情報で保つことになり、揺れが増える。なお、X軸・Y軸方向の平均動揺には、開閉眼で差がなかったという。
ただし、読み方には注意がいる。この数値は成人女性という特定の集団の結果で、子どもや他の人の数値として、そのまま当てはめることはできない。この記事では、「閉眼で大きくなる向きの変化が報告されている」ことだけを取り出している。
感覚の重みづけは状況で変わる。前庭の働きが落ちると視覚への頼り方が増えることがある、という要旨がある[6]。目を閉じる実験は、この重みづけを、視覚の側から外してみる操作と読める。家庭で試すなら、壁や机の近くで大人にそばにいてもらい、10秒ほどで目を開けられる状態にする。では、残る揺れを、足首だけで直しているのか。
5. ほんとうに、足首だけで 立って いるの?
5. 「足首だけで立つ」という見方には、限界がある
5. 倒立振子モデルの限界 ── 股関節の役割と、制御の切りかえ
ここまで、足首を 中心に 話して きました。でも 立って いる とき、股関節の 動きも 見すごせません[3]。
ゆれを ととのえる 役は おもに 足首で、股関節は、かたさで ささえられて いる、と いう 考えが 出されて います[3]。
だから、「足首だけで 立つ」と 言い切る ことは できません[3]。さかさまの ふりこ 1本の 見かたは、文字どおりには 正しくないが、しらべる ときには つかいやすい、と 言われて います[3]。
日本の けんきゅうでは、ふつうに 立つ ときは 「ときどき」 直し、立つ 場所を はっきり きめる ときは、もっと つづけて かたく ささえる ように 切りかえて いる かも しれない、と 出されて います[4]。
体は、じょうきょうに 合わせて 立ち方を かえて いるのかも しれません。
足首だけではない
ここまで、足首を中心に説明してきましたが、股関節の動きは無視できないとされています[3]。能動的に揺れを整える役はおもに足首で、股関節は受け身のかたさで保たれている、というモデルが提案されています[3]。
そのため、「足首だけで立つ」と言い切ることはできません。1本の倒立振り子という見方は、文字通りには正しくないが、機能としては正しく、実験には実用的だと言われています[3]。単純な見方は、立つ体を調べる出発点で、そこから足りない点を足していく、ということです。
状況で、制御の仕方が変わる
日本の研究では、通常の静止立位では間欠制御で立位を保ち、立つ位置を明確に決める課題では、制御の仕方を変えている可能性が示されています[4]。同じ「立つ」でも、条件が変わると、体は別のやり方に切りかえているのかもしれません。
ここまでの説明は、足首を軸にした1本の倒立振子という単純化の上にある。Morassoらは、股関節の動きは無視できない、とした上で、揺れを能動的に整える役はおもに足首で、股関節は受け身のかたさで保たれる、というモデルを提案している[3]。1本の倒立振子という見方は「文字通りには正しくない」が、機能としては正しく、実験には実用的だという評価である[3]。したがって「足首だけで立つ」とは言い切れない。
制御の仕方も、一通りではなさそうだ。日本の研究では、通常の静止立位では間欠制御モデルで立位を保ち、明確な姿勢位置の制御課題では、制御様式を変更している可能性が示唆されている[4]。そこで、第2章の間欠制御と合わせて、「モデルは1つではなく、条件に応じた使い分けが提案されている段階」と理解するのが安全である。
この章で分かるのは、単純なモデルが、実験の出発点としては役に立つが、立つ体の全体像ではないということだ。足りない部分は、股関節の役割や制御の切りかえとして、研究で補われている。
6. たって いる 自分の 足もとを、かんさつ して みよう
6. 立っている自分の足元を、観察してみる
6. 揺れを観察する方法と、赤ちゃんが立ち始める時期
ならんで 待って いる とき、バスを 待って いる ときに、足の うらの かんじに 気を つけて みます。体重が、まえの ほうに かかって いる 時も あれば、うしろに かかって いる 時も ある でしょう。それが、「たおれかけては もどす」の 手がかりです。
赤ちゃんは、はじめから 立てる わけでは ありません。こうせいろうどうしょうの ちょうさでは、つかまり立ちが できる のは、生まれて 10か月から 11か月の 赤ちゃんの 9わり か、それより 多くでした。ひとりで 歩ける のは、1さい 4か月から 5か月の 子の 9わり か、それより 多くでした[7]。みんなの 平きんでは なく、ほとんどの 子が できる 時期です。いつ できるかは、人に よって ちがいます。
今 まいにち 立って いる 自分の 体は、そんなふうに 時間を かけて、立つ しごとを おぼえて きた 体です。
電車やバスを待っているとき、足の裏の感じに注意を向けてみます。体重が前のほうにかかっている時間も、後ろにかかっている時間もあるかもしれません。それが、「倒れかけては戻す」の手がかりです。
赤ちゃんは、最初から立てるわけではありません。厚生労働省の平成12年乳幼児身体発育調査では、つかまり立ちは生後10〜11か月の乳児の90%以上が、ひとり歩きは1歳4〜5か月の幼児の90%以上が可能とされています[7]。平均ではなく「90%以上ができる」時期で、個人差は大きいものです。
原典としては、倒立振り子モデルをまとめたMorassoらの論文[3]と、平衡の3つの情報源を説明するNIDCDのページ[1]があります。そのうえで、ふだんの立ち方を、家で足の裏の体重の移り方から観察してみると、本文の話が体で分かります。
観察の手がかりは、3つある。①静かに立ったとき、足の裏にかかる体重が前後に移るのを感じる。②目を開けた立位と閉じた立位で、揺れの感じを比べる(壁の近くで、大人がそばにいるときに限る)。③ものさしを手のひらに立て、傾きを見て直す様子から、倒立振子の不安定さを思い出す。
赤ちゃんの立位の発達については、厚生労働省の平成12年乳幼児身体発育調査で、つかまり立ちは生後10〜11か月の乳児の90%以上が、ひとり歩きは1歳4〜5か月の幼児の90%以上が可能とされる[7]。これは90%以上が可能になる月齢であり、平均月齢ではなく、個人差も大きい。
原典としては、倒立振子モデルを論じたMorassoらの論文[3]、3つの感覚の説明はNIDCD[1]が読める。閉眼の研究は、成人女性を対象にした1例[5]にとどまるので、数値は参考として扱い、他の人にそのまま当てはめない。
しらべた もとの じょうほう
参考にした情報源
参考にした情報源と、その使い方
出典について:公的機関の解説、辞典、学術論文、大学・学会の資料、厚生労働省の調査を使った。何に使ったかは、各項目の最後に書いている。
- NIDCD(米国国立聴覚・コミュニケーション障害研究所)Balance Disorders。https://www.nidcd.nih.gov/health/balance-disorders (平衡を保つ3つの情報について)
- コトバンク「三半規管」(デジタル大辞泉・世界大百科事典)。https://kotobank.jp/word/%E4%B8%89%E5%8D%8A%E8%A6%8F%E7%AE%A1 (三半規管と耳石器の役割について)
- Morasso, Cherif & Zenzeri (2019) Quiet standing: The Single Inverted Pendulum model is not so bad after all. PLoS One 14(3):e0213870。https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6428281/ (揺れ、筋のかたさ、遅れ、間欠制御、股関節について)
- 電子情報通信学会 研究会資料(竹内らの研究)。https://www.ieice.org/ken/paper/20141213mBUz/ (日本の研究における制御の切りかえの可能性について。要旨にもとづく)
- 白井喜代子ら「健康女性の重心動揺変化に及ぼす諸因子」岡山大学医療技術短期大学部紀要 7(1), 1996。https://ousar.lib.okayama-u.ac.jp/ja/list/journals/fhs/7/1/item/11782 (開眼と閉眼の重心動揺の比較について。要旨にもとづく)
- 理学療法ジャーナル 要旨(医書.jp)。https://webview.isho.jp/journal/detail/abs/10.11477/mf.1552109229 (感覚の比重の変化について。要旨にもとづく)
- 厚生労働省 平成12年乳幼児身体発育調査 概況(運動機能)。https://www.mhlw.go.jp/houdou/0110/h1024-4b.html (つかまり立ち・ひとり歩きの時期について)
なおした ところ
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