バランス（能力）

バイオメカニクスにおけるバランスとは、最小限の姿勢の揺れで体の重心線（質量の中心からの垂直線）を支持基底面内に維持する能力である。 ^[1]揺れとは、人が静止しているときでも重心が水平に動くことである。体内の小さな摂動（呼吸、片方の足からもう一方の足または前足から後ろ足への体重移動など）や外部からの誘因（視覚の歪み、床の移動など）により、ある程度の揺れは不可欠かつ避けられない。揺れの増加は、必ずしもバランス機能障害の指標ではなく、感覚運動制御の低下の指標である。^[2]

バランスを維持するには、前庭系、体性感覚系、視覚系を含む複数の感覚系からの入力を調整する必要があります。^[3]

• 前庭系: 平衡を調節する感覚器官 (平衡受容)、頭の位置に関連する方向情報 (内部重力、直線加速度、角加速度)
• 体性感覚系：関節の固有感覚と運動感覚、皮膚と関節からの情報（圧力と振動の感覚）、支持面に対する空間的な位置と動き、身体のさまざまな部分同士の相対的な動きと位置
• 視覚システム：身体と頭の動きの垂直性、物体に対する空間位置の参照

感覚は、体が動いたり、基盤が変化したりしたかどうかに関係なく、支持基盤に対する空間方向の変化を感知する必要があります。バランスに影響を与える環境要因としては、光の状態、床面の変化、アルコール、薬物、耳の感染症などがあります。

加齢に伴いバランス障害が起こります。感覚情報を受信して​​統合する上記のシステムの能力が加齢とともに低下することが、高齢者のバランス障害の一因となります。^{[4]その結果、高齢者は}転倒するリスクが高まります。実際、65歳以上の成人の3人に1人が毎年転倒します。^[5]

静かに直立している個人の場合、安定限界はバランスが崩れて矯正動作が必要となる姿勢の揺れの量として定義されます。^[6]

体の揺れはあらゆる運動面で発生する可能性があるため、リハビリテーションがますます困難になっています。姿勢バランスの欠陥が内外方向の安定性の制御と転倒リスクの増加に関連していることを示す強力な研究結果があります。立っている人がバランスを保つには、重心の垂直投影を支持基底面内に保ち、内外方向または前後方向の揺れを小さくする必要があります。足首の捻挫は、アスリートや身体的に活動的な人々の間で最も頻繁に発生する傷害の 1 つです。足首の捻挫後に最もよく見られる後遺障害は、体の揺れとともに不安定性です。機械的不安定性には、安定化構造の不十分さと生理学的限界を超える可動性が含まれます。機能的不安定性には、反復性の捻挫または足首が抜ける感覚が含まれます。^[7]足首の捻挫患者の約 40% が不安定性と体の揺れの増加に悩まされています。^[8] 足首の損傷は、固有受容覚障害と姿勢制御障害を引き起こします。筋力低下、潜在的不安定性、姿勢制御の低下のある人は、姿勢制御が良好な人よりも足首の損傷を起こしやすいです。

神経疾患のある人はバランス感覚が著しく低下することがあります。例えば、脳卒中や脊髄損傷を患った人はバランス感覚に問題を抱えることがあります。バランス感覚の低下は脳卒中後の機能や回復に大きく関係しており、転倒の最も強力な予測因子です。^[9]

バランス感覚が著しく低下するもう一つの集団は、パーキンソン病患者です。Nardone と Schieppati (2006) が行った研究では、パーキンソン病のバランス感覚に問題のある人は、安定性の限界が低下し、予測運動戦略の生成が損なわれ、調整が異常であることが示されました。

バランスは、足首、膝、股関節周囲の筋肉の疲労によって、一般人でも悪影響を受けることがあります。しかし、研究により、股関節（殿筋と腰椎伸筋）と膝の周囲の筋肉疲労は、姿勢の安定性（動揺）に大きな影響を与えることがわかりました。^[2]筋肉疲労は、適切な力や正確さで収縮する能力の低下につながると考えられています。その結果、関節からの固有受容覚と運動感覚のフィードバックが変化し、意識的な関節認識に悪影響が及ぶ可能性があります。^[3]

バランスは回​​復の重要な予測因子であり、日常生活の多くの活動に必要となるため、老年患者、神経疾患患者、またはバランストレーニングが有益であると判断されたその他の患者を治療する際に、理学療法士や作業療法士によって治療 計画に導入されることがよくあります。

脳卒中患者のバランス訓練は文献で支持されている。^{[9] [10]}この集団に一般的に使用され、効果的であることが証明されている方法には、手を伸ばす、支持基底の変化、傾斜板の使用、速度を変えた歩行訓練、階段の昇降訓練など、さまざまな段階を踏んで座位または立位でのバランス練習がある。^[9]バランスを改善する別の方法は摂動訓練で、これは人の質量の中心に外力を加えて支持基底から動かそうとするものである。^[11]訓練の種類は理学療法士が決定する必要があり、脳卒中の性質と重症度、回復段階、脳卒中後の患者の能力と障害によって決まる。

高齢者、神経筋疾患の子供、慢性的な足首の不安定性などの運動障害を持つ人々などの集団はすべて研究されており、バランストレーニングはこれらのグループで姿勢の揺れと「片足立ちバランス」の改善をもたらすことが示されています。^[12]バランストレーニングの効果はより多様な方法で測定できますが、典型的な定量的な結果は、圧力中心（CoP）、姿勢の揺れ、および静的/動的バランスであり、これらは、何らかの不安定性を経験しながら設定された体の位置を維持する被験者の能力によって測定されます。^{[12] [13]}

研究によると、身体活動のレベルが高いと、罹患率と死亡率、および転倒リスクが最大30%から50%低下することが示されています。^[14]一部の種類の運動（歩行、バランス、協調、機能的タスク、筋力強化運動、3D運動、複数の運動タイプ）は、高齢者の臨床バランス結果を改善し、安全であると思われます。^[15]ある研究では、有酸素運動と抵抗運動を併用すると、バランス能力が向上することが示されています。^[16]一般的な身体活動、コンピューターによるバランスプログラム、または振動プレートを支持する証拠はまだ不十分です。^[15]

バランス機能テストは、静的バランスと動的バランスの両方の維持に焦点を当てており、質量中心の変動や変化を伴う場合も、静止姿勢の場合でも同様です。^[17]標準化されたバランステストは、医療従事者が個人の姿勢制御を評価できるようにするために利用できます。利用可能な機能的バランステストには次のものがあります。

• ロンバーグテスト：直立姿勢のバランスをとるための固有受容覚の寄与を判定するために使用される。被験者は目を開けたまま静かに立っている。このテストが十分に難しくない場合は、シャープン・ロンバーグテストがある。被験者は腕を組み、足を揃え、目を閉じなければならない。これにより支持基底が減少し、被験者の重心が上がり、バランスをとるために腕を使うことが妨げられる。 ^[17]
• 機能的リーチテスト：立った状態で足を固定したまま、腕の長さを超えて前方に手を伸ばせる最大距離を測定します。^[17]
• バーグバランススケール：日常生活で一般的に行われる機能的タスクを使用して、静的および動的バランス能力を測定します。 ^{[17]ある研究では、バーグバランススケールは}脳卒中リハビリテーション全体で最も一般的に使用されている評価ツールであり、脳卒中後の患者のバランス障害の健全な尺度であることがわかりました。 ^[18]バーグバランススケールは黄金のテストとして知られています。BBSは1989年に初めて公開され、2022年の今日まで有効であり、これは非常に注目に値します。すべてのテストや研究がこれほど長く残っているわけではないので、これは本当に黄金のテストです。 ^[19]
• パフォーマンス指向型モビリティ評価（POMA） ：バランスと歩行をテストするタスクを使用して静的バランスと動的バランスの両方を測定します。^[17]
• タイムドアップアンドゴーテスト：動的バランスと可動性を測定する。^[17]
• バランス効力尺度：援助の有無にかかわらず日常の課題を遂行する際の個人の自信を調べる自己報告尺度。^[17]
• スターエクスカーションテスト：単一姿勢での最大到達距離を複数方向で測定する動的バランステスト。^[20]
• バランス評価システムテスト（BESTest）：6つの独自のバランス制御方法をテストし、特定のバランス障害を特定して専門的なリハビリテーションプロトコルを作成します。^[21]
• ミニバランス評価システムテスト（ミニBESTest）：臨床診療と研究の両方で広く使用されているバランス評価システムテストの短縮形です。このテストはバランス障害を評価するために使用され、予測姿勢調整、反応姿勢制御、感覚方向、動的歩行の4つのサブコンポーネントに分かれた14項目の動的バランスタスクが含まれています。ミニBESTestは主に神経疾患についてテストされていますが、他の疾患についてもテストされています。テストの心理測定特性のレビューは、信頼性、妥当性、応答性を支持しており、レビューによると、標準的なバランス測定と見なすことができます。^[22]
• BESS : BESS (バランス エラー スコアリング システム) は、バランスを評価するために一般的に使用されている方法です。BESS プロトコルの妥当性は疑問視されていますが、バランスの正確な評価を得るためのシンプルで手頃な方法として知られています。BESS は、スポーツの場で、軽度から中程度の頭部損傷が姿勢の安定性に与える影響を評価するためによく使用されます。BESS は、2 つの異なる表面 (硬い表面と中密度フォーム) で 3 つの異なる姿勢 (両足、片足、タンデム) をテストし、合計 6 つのテストを行います。各テストは 20 秒間で、評価全体の時間は約 5～7 分です。最初の姿勢は両足姿勢です。参加者は、硬い表面で両足を並べて立ち、両手を腰に当て、目を閉じるように指示されます。2 番目の姿勢は片足姿勢です。この姿勢では、参加者は硬い表面で利き足ではない方の足で立ち、両手を腰に当て、目を閉じるように指示されます。3 番目の姿勢はタンデム姿勢です。被験者は、固い地面にかかとからつま先まで立ち、手を腰に当て、目を閉じます。4 番目、5 番目、6 番目の姿勢は、1 番目、2 番目、3 番目の姿勢の順に繰り返されますが、被験者はこれらの姿勢を中密度フォームの地面で行います。BESS は、適切な姿勢からの逸脱を探す検査官によって採点されます。テスト中に被験者が以下のいずれかを行った場合、逸脱が記録されます: 目を開ける、手を腰から離す、前につまずくまたは転倒する、前足またはかかとをテスト面から離す、30 度を超えて股関節を外転または屈曲する、または 5 秒以上適切なテスト姿勢から外れたままになる。

^{[23] [24]}

脳震盪（または軽度の外傷性脳損傷）は、スポーツ選手や軍人の間でバランス障害を引き起こすことが知られています。標準的なバランステストの中には、これらの高機能グループに適用するには簡単すぎるか時間がかかりすぎるものもあります。軍人に適したバランス評価に関する専門家の推奨事項が集められています。^[25]

最近の技術の進歩により、バランス評価では、圧力中心（地上移動）（CoP）、地面に対する質量中心の反応ベクトル、指定された期間の経路長を監視する傾向が高まっています。^[26]定量的評価では、CoP 経路長が最小であればバランスが良いと判断されます。実験室グレードのフォースプレートは、CoP 測定の「ゴールド スタンダード」と見なされています。NeuroCom Balance Manager（NeuroCom、オレゴン州クラカマス、米国）は、コンピュータ ソフトウェアを使用してさまざまなタスク中の CoP を追跡する、市販の動的姿勢測定システムです。これらのさまざまな評価には、感覚受容器入力を通じて寄与するさまざまなシステムを調べる感覚組織テストから、参加者の足首の可動範囲、速度、および反応時間を観察する安定性の限界テストまでが含まれます。NeuroCom はバランス評価の業界標準と見なされていますが、価格が高額です（約 25 万ドル）。

過去 5 年間で、CoP を正確に測定できる安価でポータブルなデバイスの研究が進められてきました。最近、任天堂のバランス Wii ボード (任天堂、京都、日本) がフォースプレートと比較して検証され、CoP を正確に測定できるツールであることがわかりました^[27]これは非常に喜ばしいことです。なぜなら、テクノロジーの価格差 (25 ドル対 10,000 ドル) により、Wii バランス ボードは臨床医が定量的なバランス評価を行うのに適した代替手段になるからです。その他の安価なカスタム ビルドのフォースプレートもこの新しいダイナミクスに統合され、多くの人々に利益をもたらす研究および臨床評価の分野が拡大しています。

バランスの複雑さにより、多くの交絡変数が人の直立姿勢を保つ能力に影響を及ぼします。疲労は中枢神経系（CNS）機能障害を引き起こし、間接的に直立姿勢を保つことができなくなります。これは臨床集団（パーキンソン病、多発性硬化症など）で繰り返し見られます。疲労がバランスに与える影響に関するもう1つの大きな懸念は、運動選手集団です。バランステストは、アスリートの脳震盪の診断に役立つ標準的な方法になっていますが、アスリートは極度の疲労を感じる可能性があるため、臨床医が疲労がなくなるまでにアスリートが休む必要がある時間を正確に判断し、アスリートが脳震盪を起こしているかどうかを判断するためにバランスを測定することが困難になっています。これまでのところ、研究者は、アスリートがバランスをテストする前に8〜20分の休憩が必要であると推定することしかできていません^{[28] [29] [30]}これは状況によって大きな違いになる可能性があります。

年齢、性別、^{[どのように？ ]}、身長はすべて、個人のバランス能力とそのバランスの評価^{[誰が？ ]に影響を与えることが示されています。 [要出典]}通常、高齢者はすべてのテスト条件で体の揺れが大きくなります。^[31]テストでは、高齢者は機能的リーチが短く、体の揺れの経路長が大きいことが示されています。身長も体の揺れに影響し、身長が高くなると機能的リーチは通常短くなります。ただし、このテストは前後の揺れの測定値にすぎません。これは、繰り返し可能で信頼性の高い臨床バランス評価ツールを作成するために行われます。^[32] 2011年のコクランレビューでは、特定の種類の運動（歩行、バランス、協調、機能的タスク、筋力強化運動、3D運動[例：太極拳]、およびこれらの組み合わせなど）が高齢者のバランスを改善するのに役立つことがわかりました。ただし、ウォーキングやサイクリング、コンピューターベースのバランスゲーム、振動プレートなどの一般的な身体活動の有効性に関する証拠はまったくないか、限られていました。^[15]

バランスは大抵は自動的なプロセスですが、自発的な制御も一般的です。能動的な制御は通常、人がバランスが崩れた状況にあるときに行われます。これは、立つなどの基本的な活動中に姿勢の揺れが増加するという直感に反する効果をもたらす可能性があります。この効果の1つの説明は、意識的な制御が不安定性を過剰に修正し、「比較的自動的な制御プロセスを不注意に混乱させる可能性がある」ということです。^{[引用が必要]}一方、外部タスクに集中すると、「より自動的な制御プロセスの利用が促進されます。」^[33]

上方姿勢タスクとは、直立したまま歩いたりテキストメッセージを作成したりするなど、別の行動目標を達成しながら姿勢制御に依存する活動です。研究では、姿勢の安定性が他の活動の達成を可能にするために機能することが実証されています。^[34] 言い換えれば、タスクを試みるとすぐに転倒してしまうのであれば、安定した直立姿勢で立っていてもまったくメリットはありません。健康な個人では、姿勢制御は、上方姿勢タスクをうまく達成しながら、必要な労力を最小限に抑えるように機能します（必ずしも揺れを最小限に抑えるわけではありません）。^[34] 研究では、二次的な目標の追加に応じて姿勢の揺れが自然に減少することが示されています。^[33]

McNevin と Wulf (2002) は、注意を内部に向ける場合と比較して、外部に向ける場合の姿勢パフォーマンスの向上を発見しました^[35] つまり、動き自体ではなく、動きの効果に注意を集中すると、パフォーマンスが向上します。これは、より自動的かつ反射的な制御プロセスの使用によるものです。^{[35] [36]} 動きに集中しているとき (内部集中)、人はうっかりこれらの自動プロセスを妨害し、パフォーマンスを低下させる可能性があります。外部に注意を集中すると、姿勢の揺れが大きくなることもありますが、姿勢の安定性が向上します。^[35]外部に 注意を集中することで自動制御プロセスを利用すると、パフォーマンスと学習の両方が向上すると考えられています。^[35] 外部に注意を集中すると、姿勢の安定性を高めながら、超姿勢タスクのパフォーマンスが向上します。^[36]