歩行に必須!ロッカーファンクションと倒立振り子モデルの機能と役割

歩行を分析って見るべきポイントが多くて困る・・・
何からしていいのやら・・・

そういった方は、見るべきポイントを絞るために歩行のメカニズムを理解することが大事です。

この記事では、歩行のメカニズムを理解する上で重要な「倒立振り子モデル」「ロッカーファンクション(ロッカー機能)」を解説します。

シロマツ
一緒に学んでいきましょう!

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歩行に関する本ならまずはこれ。

倒立振り子モデルやロッカーファンクションがわかりやすく説明されています。

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倒立振り子モデルとは?

人間の歩行を簡素化すると、振り子を逆さまにした『倒立振り子モデル』というモデルで表せます。

文字通り、振り子が倒立(逆さま)になっています。

床に接触している部分を支点に、重りが回転します。

二足歩行に例えると、棒=足、重り=重心となって、位置エネルギーを運動エネルギーに繰り返し変換することにより、最小限の運動で前方へ進むことができます。

 

エネルギー???なんだかややこしいなぁ…
シロマツ
そうと思った方!とても簡単なんですよ!

歩行の位置エネルギーと運動エネルギーの関係

歩行時の位置エネルギーを運動エネルギーの関係でよく例えられるのは、ジェットコースターです。

ジェットコースターが一番高い位置にあるとき、位置エネルギーは最大になる。

そこから勢いよく滑り降りてきて、運動エネルギーに変換されて、前に進む。

そして、そのままその勢いを利用して、一番高い位置まで登り、また勢いよく滑り降り・・・ということを繰り返す。

 

二足歩行に言い換えると、二本の足が交互に、重心を上下に移動させて、位置エネルギーを運動エネルギーに変換することを繰り返している。と言えます。

この方法だと、わずかな力だけで前に進めることが理解できます。

もし重心が上下せずにずっと一定の高さの場合、位置エネルギーを運動エネルギーに変換できないので、筋力によってしか前へ進む力を産み出せません。

なので、とても疲れやすくなるのも想像できます。

シロマツ
効率良く歩くために、重心が上下移動することは重要です!
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ロッカーファンクション(Rocker function)の機能と役割

次に理解しておかなかればならない機能はロッカーファンクション(ロッカー機能)です。

シロマツ
ロックンロールのロッカーじゃないよ!

 

ロッカーは、揺り軸、揺り子という意味。

画像のように、揺り軸がついた椅子をロッカーチェアーと言います。

歩行時の足部は、このロッカーチェアの足元のように揺れ軸があって、似た働きをしています。

歩行時の足部は

  1. 地面に踵から着く
  2. 足裏全体が着く
  3. 踵から離れる

この3場面の動きで、それぞれ3つの回転軸が存在します。

 

その回転軸をそれぞれ

  • ヒールロッカー
  • アンクルロッカー
  • フォアフットロッカー

と呼び、三つあわせてロッカー機能=RockerFunctionと呼ばれます。

シロマツ
それぞれの機能や役割を解説していくよ!

ヒールロッカー(Heel rocker)

ヒール=踵という意味です。

ヒールロッカーは踵を支点として回転します。

役割は、2つあります。

  • 衝撃吸収
  • 前方への重心移動

重心の一番高い位置は、完全に膝が伸び切っている立脚中期です。

一方、一番低い位置は、踵接地時。

その差は「2㎝」と言われています。

また、一番高い重心位置から、踵接地する際に体重の1,3~1,5倍程度の強い衝撃を受ける。

ですが、前脛骨筋、大腿四頭筋、脊柱起立筋などが遠心性収縮し、衝撃を吸収してくれています。

シロマツ
だから私たちは、スムーズに歩けるんですね!

もし、遠心性収縮ができなければ、身体は強い衝撃を受けることになって、たちまち歩行に悪影響を及ぼします。

 

ヒールロッカー機能で、最も重要な筋は「前脛骨筋」。

前脛骨筋の働きで足関節を背屈させて、踵接地が可能となるのでヒールロッカーが実現できています。

脳卒中の後遺症などによく見られる「下垂足」など前脛骨筋の収縮ができない場合は、ヒールロッカー機能がうまく使えません。

なので、そういった方はSHB(シューホーンブレース)などの短下肢装具を装着します。

そうすることで、足関節を中間位~背屈位に保ってヒールロッカーを実現させます。

 

シロマツ
この時期は、きちんと踵が接地しているか?を観察しよう!

アンクルロッカー(Ankle rocker)

アンクル=足首という意味です。

このアンクルロッカーは、足関節を中心として回転し、重心を最高位まで移動させます。

アンクルロッカーの働きは、前期と後期にわけられる。

  • 前期の役割:速度をヒラメ筋の遠心性収縮などで減速しながら、心を最高位まで持ち上げる
  • 後期の役割最高位から、重心が下方へ落下する。落下速度を減速させるため、ヒラメ筋や腸腰筋が遠心性収縮する。

シロマツ
この時期は、しっかりと重心が最高位まで上昇しているかを確認しよう!
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フォアフットロッカー(Forefoot rocker)

フォアフット=前足部という意味です。

フォアフットロッカーは、中足指節関節(MP関節)を回転軸として、重心を更に前方へ移動させる。

この時期は反対側の足が、スウィングし踵接地に移行しようとしている最中。

もし回転軸が足関節のままだと、重心位置が下方へ移動するために、反対側の下肢が十分に前方へスウィングする時間が足りなくなってしまいます。

そのため、回転軸を「アンクル=足首」から「フォアフット=前足」に切り替えることにより、重心位置の下降を緩やかにできるので反対側のスウィング時間が稼げます。

またこの時期で重要な筋は「腓腹筋」。

筋収縮することで前方への推進力が得られます。

この腓腹筋を使用して地面と蹴ることをプッシュオフと呼びます。

このときの腓腹筋は、最大収縮の80%程度働くとも言われています。

シロマツ
この時期は、プッシュオフが見られるかを確認しよう!
シロマツ
他にも動作分析に役立つ記事を書いていますので参考にして下さい^^

まとめ

歩行のメカニズムを理解する上で重要な、倒立振り子モデルとロッカー機能を解説しました。

なかなか、歩行分析を行う場合、見るべきポイントが多すぎて、難しいですよね。

まずは今回ご説明した、ロッカーファンクションの3つが実行できているか???という視点から見てみると、わかりやすいですよ!

シロマツ
最後までお読みいただきありがとうございました!
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  • この記事を書いた人

シロマツ

大阪在住の理学療法士/基本的なリハビリ知識や理学療法士の転職&ライフスタイルを発信しています/自身の経験してきた臨床経験と科学的・医学的根拠に基づいた発信を心掛けています/今まで数多くの理学療法士の転職・キャリアプランの相談を行う/療法士の転職体験談も募集しています。詳しくはお問い合わせフォームまで