[O-KS-05-5] 立位姿勢における脊柱の動きの解析と制御の解明
Keywords:立位姿勢制御, 多関節協調, 脊柱
【はじめに，目的】
立位保持は安定した構造にみられるが，神経系が能動的に制御して成り立つ姿勢である。立位モデルは古くは，足関節を回転中心とした単倒立振子で考えられていたが，股・膝関節も協調し姿勢保持することが明らかになっている。一方，脊柱は一つのsegmentとして扱われていたが，近年の研究で脊柱の動きを加味した方が重心や頭部動揺を抑えることが分かった。しかし，これらの研究は脊柱が動くことが制御上のメリットであることを示したが，具体的にどのような動きを持って制御に寄与するかは未解明である。本研究の目的は立位姿勢における脊柱の動きを解析し，制御への寄与を検証することである。
【方法】
対象は健常成人10名（21.3±2.2歳），計測は三次元動作解析装置（VICON）にて，静的立位保持を30秒間，開眼閉眼を4セットずつ交互に計測した。マーカー貼付はplug-in-gait AiモデルにRonavoloらを参考に，8つの脊柱マーカーを追加した。解析は体幹を上中下の3つに分割し，それに頭部を加えた4つの剛体の前後動揺波形をCCF（相互相関解析）にて比較し，動揺の同期性を確認した。さらに隣接する脊柱マーカー同士を結んだsegmentをつくり，そのsegmentの回転運動量をRMS（root mean square）にて定量化した。最も動きの大きいsegmentを同定し，そこを変曲点として脊柱-頭部を2segmentsにした場合と1segmentにした場合での頭部速度を算出，マーカーから得る実測速度と比較した。統計解析はsegmentの回転量はFriedman検定の後，Bonfferoni補正Wilcoxon t-testを，頭部速度は反復測定分散分析の後，Shaffer法にて多重比較検定を行った。
【結果】
CCFでは波形のtimelagはなくr＞0.9と非常に強い相関を示し，脊柱と頭部はほぼ同調して前後動揺していた。segmentの回転運動量では，頭部とC7を結んだsegmentの運動が最も大きかった。脊柱-頭部をC7を変曲点とする二重倒立振子とみなしたときの頭部速度は3.59mm/s，単倒立振子では2.88mm/sであり，前者の方が実測頭部速度3.60mm/sをよく再現した。その2segmentsの角加速度はCCFで開眼時r=0.64，閉眼時r=0.70と同調して動いていたが，閉眼時の方が有意に高値であり，同位相の動きが強かった。
【結論】
頭部と分割した脊柱の前後動揺はほぼ同位相であり，しなりのようなふるまいではなかった。また頸椎の動きが大きく，同部の動きを考慮した方が実測の頭部動揺速度を再現したことから，静的な立位でも胸腰椎と頭頸部は別segmentとして取扱う必要がある。2segmentsの回転運動は同位相であったが，閉眼でその同期性が強くなったため，視覚入力によって頭部は体幹から分離した運動が可能となり，頭位を空間上で定位することに寄与することが示唆された。静的な立位制御でも脊柱，特に頸椎部の動きは姿勢安定性に寄与し得ると考えられ，神経学的な要素に加えて，形態的な変化も立位姿勢制御に影響することを考慮した評価・介入が必要である。
立位保持は安定した構造にみられるが，神経系が能動的に制御して成り立つ姿勢である。立位モデルは古くは，足関節を回転中心とした単倒立振子で考えられていたが，股・膝関節も協調し姿勢保持することが明らかになっている。一方，脊柱は一つのsegmentとして扱われていたが，近年の研究で脊柱の動きを加味した方が重心や頭部動揺を抑えることが分かった。しかし，これらの研究は脊柱が動くことが制御上のメリットであることを示したが，具体的にどのような動きを持って制御に寄与するかは未解明である。本研究の目的は立位姿勢における脊柱の動きを解析し，制御への寄与を検証することである。
【方法】
対象は健常成人10名（21.3±2.2歳），計測は三次元動作解析装置（VICON）にて，静的立位保持を30秒間，開眼閉眼を4セットずつ交互に計測した。マーカー貼付はplug-in-gait AiモデルにRonavoloらを参考に，8つの脊柱マーカーを追加した。解析は体幹を上中下の3つに分割し，それに頭部を加えた4つの剛体の前後動揺波形をCCF（相互相関解析）にて比較し，動揺の同期性を確認した。さらに隣接する脊柱マーカー同士を結んだsegmentをつくり，そのsegmentの回転運動量をRMS（root mean square）にて定量化した。最も動きの大きいsegmentを同定し，そこを変曲点として脊柱-頭部を2segmentsにした場合と1segmentにした場合での頭部速度を算出，マーカーから得る実測速度と比較した。統計解析はsegmentの回転量はFriedman検定の後，Bonfferoni補正Wilcoxon t-testを，頭部速度は反復測定分散分析の後，Shaffer法にて多重比較検定を行った。
【結果】
CCFでは波形のtimelagはなくr＞0.9と非常に強い相関を示し，脊柱と頭部はほぼ同調して前後動揺していた。segmentの回転運動量では，頭部とC7を結んだsegmentの運動が最も大きかった。脊柱-頭部をC7を変曲点とする二重倒立振子とみなしたときの頭部速度は3.59mm/s，単倒立振子では2.88mm/sであり，前者の方が実測頭部速度3.60mm/sをよく再現した。その2segmentsの角加速度はCCFで開眼時r=0.64，閉眼時r=0.70と同調して動いていたが，閉眼時の方が有意に高値であり，同位相の動きが強かった。
【結論】
頭部と分割した脊柱の前後動揺はほぼ同位相であり，しなりのようなふるまいではなかった。また頸椎の動きが大きく，同部の動きを考慮した方が実測の頭部動揺速度を再現したことから，静的な立位でも胸腰椎と頭頸部は別segmentとして取扱う必要がある。2segmentsの回転運動は同位相であったが，閉眼でその同期性が強くなったため，視覚入力によって頭部は体幹から分離した運動が可能となり，頭位を空間上で定位することに寄与することが示唆された。静的な立位制御でも脊柱，特に頸椎部の動きは姿勢安定性に寄与し得ると考えられ，神経学的な要素に加えて，形態的な変化も立位姿勢制御に影響することを考慮した評価・介入が必要である。