進化から理学療法を考える 姿勢発達研究会のブログ

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進化から考える脊柱カップリングモーション2

 前回、脊柱の進化を古代生物の移動能力からご紹介しました。

脊柱は体幹を支えるだけでなく、上下肢の運動の発信源であり、歩行や巧緻動作などリハビリはすべて脊柱を考えなければいけないという内容でした。

 

今回は骨の進化から脊柱のリハビリテーションを考えます。

 

教科書のおさらい

脊柱のカップリングモーションのパターンは諸説あり、丸暗記しても臨床で役に立ちません。

一応、教科書的な記述をまとめますと、

頸椎と上部胸椎は

側屈+同側回旋

ただし上部頸椎は代償性のモーション(?)が発生

 

 

下部胸椎は

屈曲位では

側屈+同側回旋

伸展位では

側屈+反対側回旋

 

 

腰椎は

側屈+反対側回旋

 と書かれていることが多いようです。ですがこのパターンを丸暗記しても臨床では意味がありません。実際これは一例にすぎず、上下肢の運動次第では逆のパターンが発生します。つまり「なぜそうなるか」が理解できないといけません。

 

 

カップリングモーションが発生する理由

なぜカップリングモーションが発生するのか、一定のパターンがあるのか、というのは骨形状から簡単に導き出すことができますのでぜひ覚えて臨床で使える知識にしてください。

 

進化から考えるカップリングモーション

 

脊柱の原型は脊索と呼ばれる柔らかい構造体です。かなり柔軟性の高い軟骨のようなイメージ です。

脊索は柔らかいので自由度が高く、ぐにゃぐにゃと動きます。脊索を持つ生物としてナメクジウオが有名ですが、ナメクジのようにぬるぬるぐにゃぐにゃと動いています。

 

一方、脊索から進化した脊椎はカルシウムを原料とするため柔軟性は全くありません。椎間板のある関節部のみで可動します。もしも椎間関節でカップリングモーションが起こらず、純粋な屈曲や伸展をしたらどうなるでしょうか。

 クリックで動きます

このように、靭帯が大きく引き伸ばされたり押しつぶされたりします。また、脊柱の中を通る中枢神経も無理に折り曲げられます。これでは怪我や脊髄損傷のリスクが高まってしまいます。

 

そこで、内骨格生物は単純なストレート屈伸ではない別の戦略をとりました。

 クリックで動きます

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回旋です。これだと靭帯は斜めに引き伸ばされるだけですし、中枢神経も安定したままで動くことができます。ですがこれだとただぐるぐるとその場で回転する運動しかできません。

 

そこで、脊柱にカーブをつけました。

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こうすることで、より大きな運動を行うことができるようになります。

 クリックで動きます

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分かりにくいので脊柱に置き換えてみましょう。

 

これが脊柱がまっすぐな回旋です。

 クリックで動きます

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ただぐるぐる回る運動しかできません。

 

これが脊柱を屈曲した状態での回旋です。

 クリックで動きます

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正面から見たらこうなっています。

 クリックで動きます

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この運動をまとめると、

右側屈+右回旋

左側屈+左回旋

つまり、

側屈+同側回旋

 ということです。

 

つまり、カップリングモーションとは椎間板の傾斜から自然に発生する回旋運動を記述したものにすぎません。つまり椎間板の角度によって無数のパターンが発生します。徒手で「正しいカップリングモーション」を出現させるというのは不可能です。

 臨床で体幹リハビリを行うためにはカップリングモーションを理解し、自然な回旋によって導き出す方法を知る必要があります。

 

 また、腰椎は反対側回旋というのは腰椎が前傾位である場合が前提です。回し蹴りのような腰椎が屈曲位に近い場合には腰椎でも同側回旋が見られます。このように、知識や技術を臨床で使えるレベルに高めるには教科書に記載されている記述を鵜呑みにするのではなく、前提条件まで調べることが重要です。

 

 

 

 

 

 

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進化から考えるリハビリテーション 脊柱の起源とカップリングモーション

リハビリは医学の一分野なので、人間の病気について考えるところから出発しています。ですが、すでに病気になった人間について考えるには「ヒトにとって健康とは?」「ヒトにとって合理的な運動とは?」という点を考える必要があります。

 

たとえば、ヒトの関節の運動については大学ではROM程度しか教わりません。ROMは「肩屈曲」など非常に大雑把な指標で、肩甲上腕関節がどう動いたか?胸鎖関節は?肩鎖関節は?脊柱は?骨盤は?といった具体的な「めざすべきゴール」についてはあいまいです。

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カパンジー機能解剖学より

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肩は肩関節といった単純な考え方を脱却し、この図のような全身運動をしっかりとらえ、臨床で応用できるようになる必要があります。

この図では脊柱に関しては一本の矢印のみで簡単に表現してありますが、実際はもっとずっと複雑です。それら「肩→肩甲骨→脊椎一つ一つ→骨盤や頭蓋…」といった全身運動を詳細に解説した参考書は私の知る限りありません。おそらく紙の教科書では平面的な表現しかできないため記載が難しいのだと思います。これらを理解するためには3Dデータから考える必要があります。

 

これら各関節や筋肉の作用や立体的な運動方向について立体的に学ぶのが一番必要ですし、このブログや講習会でもしっかりお伝えしている部分ですが、今回は少し視点を変えて、進化から機能を考えてみようと思います。

 

古代の脊柱

ヒトの場合、脊柱はただ体幹を支えるだけの骨というイメージが強いです。そのため、リハビリでも上下肢の運動さえできれば体幹は後回しにされてしまうこともあります。

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ですが、セキツイ動物は脊柱が動かないと上下肢は動かないようにデザインされています。肩が動かないなら肩だけ、膝が動かないなら膝だけなど動かない部分だけにとらわれて体幹の評価治療をしないのは浅慮と言わざるを得ません。

 

このことは様々な理論や手技で言われていることですが、今回は医学という枠組みをいったん離れ、『脊柱の進化』という観点から解説していきたいと思います。

 

脊柱の高い運動能力

もともと生物の起源は単細胞生物です。原始的な単細胞生物は移動能力を持たず、海の中を漂っているだけでした。それが約5億年前のカンブリア紀に様々な移動能力を模索しはじめました。その時代には体表に生えた柔毛を動かすタイプ、体液の粘性を変えて回転するタイプなど、ユニークな方法で移動する生物が無数に生きていました。

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wikipediaより

 

弱肉強食の世界で最も移動能力の高い生物が生き残り、他は淘汰されてゆきました。

そこで生き残ったのが脊椎動物の祖先である脊索動物です。

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余談ですが、脊索動物には頭からしっぽまで脊索のある「頭索動物」と、しっぽのみに脊索のある「尾索動物」の二種類がいます。以前は「尾索動物」が先にできあがり、だんだんと脊索が頭側に伸びて「頭索動物」になったと言われていました。つまり、背骨の起源はオタマジャクシのしっぽである、と、私も生物の授業で習った覚えがあります

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ですが2008年に遺伝子解析により、頭索動物のほうが起源が古いということが分かりました。これは新聞にも大々的にとりあげられて感動したのを覚えています。

 

 

 

脊索を持った生物はやがてより強固な脊椎を持つ脊椎動物に進化します。ウナギのような生物です。

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脊索・脊椎を持つ生物は非常に運動能力が高く、他の生物との生存競争に打ち勝ち何万年も海底と地上で繁栄*1しています。約2万年前に反映した恐竜、現在も反映している爬虫類、両生類、鳥類、哺乳類と、大型の生物はほぼすべて脊椎動物です。動物園や水族館にいるのもほとんど100%脊椎動物ですね。

 

この脊椎の運動能力をヒレに伝えることで、魚類はさらなる進化を遂げました。

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このヒレが進化したのが人間の上下肢です。

人間の感覚では、上下肢がメインで動き体幹や脊椎の運動はオマケのように感じてしまいますが、本来の上下肢は体幹の動きを増幅させるための構造物にすぎません。

人間の上下肢は多くの機能を備えていますが、 

体幹→上下肢

という運動の発生順序は変わりないので、体幹が動かないと上下肢も動かなくなります。逆に、上下肢に何らかの問題がある場合には体幹の治療が絶対に必要です。

 

そう考えると、カパンジーの図解がいかに大雑把かが理解できると思います。

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運動初期にはまるで、肩関節運動初期には体幹運動が必要ないように見えます。

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運動中期から後期にかけても、肩が動いたから体幹に引き寄せられるという

肩→体幹

というように見えます。

この図を信じてしまうと、肩の可動域制限や麻痺などの場合には肩甲上腕関節と肩甲骨の可動性、そして脊柱の伸展だけを考えればいいような気がしてしまいます。

 

ですが実際には、脊柱がまず動き始めた結果として上下肢が動きます。

上下肢の異常は体幹の異常から発生しているため、上下肢の痛み、怪我、麻痺などは常に体幹から治療する必要があります。このことはあまりに軽視されすぎているため、体幹の治療法がほとんど研究されていないのが現状です。円背の治療すら筋トレと伸展運動などと言われてしまっています。

 

長くなってしまったので、体幹の運動についてはまた次回解説したいと思います。

 

 

 

 

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*1:単純な個体数でいえば昆虫や菌類が圧倒的に多いですが、ここでは各個体の大きさ、移動能力で考えています。

動的バランスには、支持基底面が小さくて多いほうが有利

大脳の錯覚を考えるシリーズの3日目です。

 

今回は支持基底面の大きさとバランスについてです。

支持基底面は大きいほど安定すると思ってしまっていませんか?

 

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これはマネキンのように動かない物体であれば正解ですが、ヒトのように柔軟性があり常に動いている物体には適応しません。支持基底面が大きな物体は少しでも動くと基底面がなくなってしまうからです。人間の場合、重心動揺が常に起こっているため基底『面』がいくら広くても意味がありません。

 

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足底の接地面積が大きいほど安定するというのも誤解の一つです。

 

動く物体は支持基底面が限りなくゼロ、つまり『面』ではなく『点』にならざるをえません。ですが、尖足のように足底を一点のみで支えると不安定になり転倒してしまいます。よく問題になる尖足は『接地面が狭くなること』ではなく『接地面が広くなり運動に対応できないこと』が問題と言えます。

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転倒の字が間違っていますが気にしないでください…

 

このジレンマを解消するために、ヒトの足底は「面ではなく複数の移動する点で支える」というシステムを採用しています。

 

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つまり、尖足の治療は接地面を増やすのではなく、接地点を増やす、つまり足部の関節群の柔軟性と随意性を高めることです。(足関節の柔軟性と言っても、むりにモビライゼーションして関節をゆるくするのは禁忌です。あくまで全身、とくに体幹の随意性を高めた結果として足底の随意性も高まるという流れになります)

 

ハンズオン時の手の使い方

話が脱線してしまいましたが、尖足と中枢疾患リハビリについてはまた次回にゆずることにして、今回は「ハンズオン時の手の使い方」についてお話します。

患者様の体を触るとき、どのようなことを気を付けていますか?

運動時には面ではなく複数の点で支えるという原則を踏まえると、患者様の体を触るときにも面ではなく点で触れる必要があるということが分かると思います。べたっと手の平全体を巻きつけるように触れると接地面が広くなります。この状態で無理に動かそうとすると筋力で力任せに動かすことになります。

ですが、指先や拇指球などを利用し点で触ることを意識すると軽く動かすことができます。

 

先入観を超える

接地面が広いほど安定し、力を伝えやすいという思い込みは非常に強固です。

患者様に点で触れる、点で動かすというのははじめは違和感が強いと思います。ですが「べたっと触って力任せに動かすのがあたりまえ」という刷り込まれた先入観を払拭すると、患者様にとって最も安心感があり効果のあるリハビリが行えるようになります。

とくに中枢疾患の急性期では全身が完全に弛緩しているため「べたっと触って力任せに動かす」というROMを行ってしまうと予後に影響しますので十分注意してください。

 

 

 

 

 

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結果の出るROMを行うための立体理解

前回、ヒトの大脳は立体理解が苦手なため、あたかも平面上を動いているように錯覚するということを書きました。その錯覚のままリハビリを行ってしまうと関節を間違った方向に無理に動かすことになるため可動域が改善しなかったり筋緊張を高くしてしまうなど様々な弊害があります。

ROM上達を妨げる要因

今回はもっとも一般的な大脳の錯覚を一つ紹介します。

これはほとんどの理学療法士は理解していますが、たまに絶望的にROMが苦手な実習生さんなどはこの錯覚を持っていることがありますので注意してあげてください。

また、大脳の錯覚は自分では自覚できないレベルで起こるのでベテランPTさんも初心に帰る気持ちで行ってみてください。

 

直線バイアス

腕や足などが直線上を動くような錯覚です。

とくに屈曲90度以上で起こりやすくなります。

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あたりまえですが、実際の人体は扇形を描くように動きますので、ROMを行う際にも扇状を意識する必要があります。

もしもうっかり直線上の動きをしてしまうと関節が離断する方向に力がかかるので怪我をする可能性があります。とくに臥位での股関節屈曲はセラピストが体重をかけて行うことが多いので注意が必要です。

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重心が斜め前方に移動する屈曲90度までと、重心が斜め後方に移動する屈曲90度以上では運動方向が逆になるので注意してください。屈曲90度周辺で一度手を持ち替えるとやりやすくなります。

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今回は一番基礎的な大脳の錯覚のご紹介でした。

この程度の錯覚であれば、プロのPTであればすでに理解している方も多いかもしれません。大脳の錯覚はこのほかにもさまざまなものがあり、中にはほとんどの臨床家や研究者が気づいていないようなものもありますのでご紹介していきたいと思います。

 

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大脳の錯覚を認識し、リハビリ手技を向上させる考え方

たとえば、同じROMを行っていても、なぜかすっと可動域を出せる理学療法士と、痛みをだしてしまい逆に悪くしてしまう理学療法士がいます。

ROMに限らず、同じ勉強会などに行ったのに、すぐに結果を出せるPTとそうでもないPTの違いは何なのか考えたことはありますか?

同じくらいの知識や技術のはずなのになぜか出る結果が違うというのは「センス」や「才能」というあいまいな言葉で片付けられてしまうことが多いですが、実は大脳の錯覚をどれだけ修正できているかという違いにすぎません。

 

リハビリの結果に直結する、大脳の錯覚とは?

平面バイアス

我々ヒトは大脳が発達しているため、逆に本能的な運動を理解するのが苦手になっています。たとえば、ヒトの運動や解剖を立体的に捉えることがリハビリの出発点ですが、多くの教科書では運動や解剖を平面的に表現しています。

 

これはMMT第7版に掲載されている肩甲骨の運動です。

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紙という平面で表現する以上しかたのないことなのですが、これではまるで肩甲骨が平面上を動いているような誤解を与えます。ですが実際の肩甲骨は鎖骨を中心に回旋するように動きます。

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そのため肩甲骨を外転する際に、肩甲骨は体の側面にきます。つまり純粋な肩甲骨外転という動きは存在せず

  • 肩甲骨外転+上方回旋 
  • 肩甲骨外転+下方回旋

という立体的な複合運動になります。

 

このことは「言われてみればあたりまえ」なのですが、立体的な複合運動は我々人類の大脳にとって理解が難しい分野です。そのため、あたかも「肩甲骨外転」というありえない動きが存在するかのように錯覚してしまいます。

この錯覚を自覚しないままROMを行うと、関節の運動範囲を超えた運動を行うことになるので、いくらリハビリを行っても治らない、結果がでないということにつながります。

 

このような錯覚はリハビリのそこかしこに存在し、治療の邪魔をしてきます。これらをいかに認識し排除するか?が理学療法の結果を左右すると言っても過言ではないほどです。

 

次回は最も基礎的な誤解であり、ROMの効果に直結する部分を書いていこうと思います。

 

 

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進化と3Dシュミレーションで捉える運動学・進化するリハビリ技法 

※場所変更しました※

 

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従来のリハビリは紙の教科書がベースであり平面的な理解にとどまっていました。

運動学や解剖学など、最も立体的に理解しなければいけない分野も従来の研究方法では二次元的に分析するしかありませんでした。ですが現在では3D技術の発展により、3DCGや物理演算など様々な方法によりヒトの運動を解析することが可能です。

 

姿勢発達研究会では、世界で初めて『ヒトの骨格運動シュミレーション』に成功しました。

その結果、ヒトの関節運動は従来考えられてきた古典的ROMをはるかに凌駕する複雑な体系であり、予測的姿勢制御、キネティックチェーン、アナトミートレイン、関節内運動など、様々な個別研究を包括する『張力による運動系』として説明できるということを発見しました。

 

 【内容】

古典物理と生物学から俯瞰する

ROM

・ 球(臼)関節は自由度はゼロ!?

・ 骨の形状から考える、本当のROM

実習:肩の自由度の低さを体感

 

動作・姿勢分析

・ 動作分析が迷走する2つの理由

  • 自分で再現する動作・姿勢分析

実習:姿勢評価のみで病態を類推する方法

 

中枢

・ 脳の起源は尻尾!? 脳の進化から考える中枢性麻痺の本当の理由

実習:中枢性麻痺を自分の体で再現

 

動作改善

 

・立ち上がり・歩行は人類の進化の過程から学ぶ

・脊柱の回旋が最も重要

実習:重力を利用した立ち上がり

 

 

このほか、時間があったら以下の内容も盛り込みます。

  • 関節自由度という幻想
  • プトレマイオス重複円モデル・工学ソフトで解析する3次元ROM
  • 中枢を考えない中枢麻痺、進化と目的
  • ウニ、ナメクジウオから紐解く人体デザイン
  • 人体構造を解析する工学ソフトの使い方
  • 中枢、整形など全てに共通する運動再生理論

 

 

講座詳細

日程

全て同内容です。

1回目 6月24日(日)

2回目 7月7日(土)

3回目 8月5日(日)

 時間

10時から16時

場所

 

水仙花整体院

大宮からニューシャトルで20分

 

http://suisenka.com/suisenka-inamap/access

 

定員

最大5名

 

受講料

12000円

 カードまたは銀行振り込み

少人数制のため、お申込み後のキャンセルは受け付けておりません。ご了承ください。

 

受講資格

PT・OT・ST・鍼灸マッサージ師・医療福祉関係者など

 

 

お申込み・お問い合わせ

講習会のお知らせ

 

 

キネティックチェーンと予測的姿勢制御の研究で見落とされていること

キネティックチェーンとは簡単に言うと、一部の関節が動くとその他の関節も付随して動くという現象の総称です。

また、予測的姿勢制御とは簡単に言うと、上下肢が動く前に体幹運動が発生し重心をコントロールしているという現象です。

 

 

 

KCとAPAを臨床で使いこなす

リハビリ技術の向上のためには従来のような、手は手だけ、足は足だけという単純な考え方を変える必要があります。複雑な人間の動きを理解するためにKCやAPAという考え方が必要です。ですが、これらは非常に複雑でまたケースバイケースで無限のパターンがあり、理解が難しい部分です。

これら複合的な人間の運動をきちんと理解し、臨床に生かすことができていると自信を持って言い切ることができる理学療法士はどれだけいるでしょうか。

 

 

キネティックチェーン(KC)と予測的姿勢制御(APA)に関しては、多くの研究がなされていますが現状では大半が足底などの局所的な各論研究か、中枢制御に関してのものにとどまっています。

これは、無限にある運動パターンすべてに対して数百ある全身の関節の運動を検証するとなるとあまりに膨大なデータ量となるため現在のコンピュータ技術では扱いきれないというのが原因です。

 

参考文献

Ⅰ.予測的姿勢制御について

 姿勢制御に関する研究は,Magnus1)以来長い間大脳皮質などの上位脳の機能を除外する方向で為され,主に脳幹を介する姿勢反射に焦点が当てられてきた.最近では,これまでに得られた皮質下中枢の機能に関する知識を踏まえて,大脳皮質の姿勢制御における役割を窮める必要性が打ち出され,その統御下におかれた姿勢制御に関する研究が進められている2,3).

MedicalFinder

 

www.jstage.jst.go.jp

 

 

 

足趾が動的姿勢制御に果たす役割に関する研究 

https://www.jstage.jst.go.jp/article/rika/17/3/17_3_199/_pdf

 

 

 

特定の運動に特定の部位がどのように関与するかというには基礎研究にあたります。臨床ではそれら基礎研究を踏まえたうえで全身を体系的に考える必要があります。

 

キネティックチェーンや予測的姿勢制御といった複雑な運動を従来の枠組みの中で捉えようとすると複雑怪奇になってしまいますが、「なぜそうなるのか」という新たな視点を導入すると非常に単純明快に理解することができます。

 

KCやAPAを物理構造から考える

現代医学は薬学から発展したため、局所的にものを考える傾向がありますが、それでは捉えきれない複雑な運動は物理構造から逆算して運動を類推する、生物学や考古学の考え方をする必要があります。

 

たとえば考古学では化石から古代の生き物を再現し、モーターなどを使って実際に動かしてみるという研究をします。カンブリア紀のアノマノカリスがどのように泳いでいたのかの研究が有名です。

 

数理生物学懇談会 ニュースレター - 日本数理生物学会

http://www.jsmb.jp/newsletter/backnumbers/NL-38.pdf

 

 

また最近では、模型で有名なタミヤからムカデの模型が発売されました。

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realsound.jp

 

中枢制御がなくても運動はできる

ムカデロボットは単純な構造とモーターのみで構成されており一定の動きを繰り返します。脳にあたる制御系は無いにも関わらず、障害物を避けて進むことができます。

これはムカデロボットの足が柔らかい素材でできているため障害物に衝突するほどの力が出ず自然に回避する行動になるからです。

 

このように、構造を工夫するだけで中枢制御がなくとも目的の運動を行うことができます。中枢系の研究が盛んですが、それ以前の大前提として構造の結果としての運動を十分に研究する必要があります。無限にある運動パターンそれぞれに数百ある関節がどのように動くのかをすべて解析しようとすれば何十年もかかりますが、物理構造からとらえればすぐに理解できます。姿勢発達研究会では、筋の張力が全身に波及するシュミレーションが可能な物理演算エンジンを開発中です。

 

 

 

人間の場合、ムカデの足に相当する部分として多関節筋があると私は考えています。多関節筋の張力により運動が全身に波及し、KCやAPAといった複雑な運動が発生すると考えると、臨床に応用できるようになります。これは膝が痛いなら膝、肩が痛いなら肩という古典的なリハビリを脱出するのに必須の考え方です。

 

 

連続講座では物理構造から考える複合運動についてしっかり行います。

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