バランス（能力）

生体力学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（質量中心からの垂直線）を支持基底面内に維持する能力のことである。 ^{[ 1 ]}揺れとは、人が静止しているときでも重心が水平方向に動くことである。ある程度の揺れは、体内の小さな摂動（例：呼吸、片足からもう一方の足、または前足部から後足部への体重移動）や外部のトリガー（例：視覚の歪み、床の移動）によって必然的に生じる。揺れの増加は、必ずしもバランス機能不全の指標というよりは、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の調整が必要です。^{[ 3 ]}

• 前庭系：平衡感覚（平衡受容）を調節する感覚器官。頭部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）を伝達する。
• 体性感覚系：関節の固有受容感覚と運動感覚；皮膚と関節からの情報（圧覚と振動覚）；支持面に対する空間的な位置と動き；身体の各部位の相対的な動きと位置
• 視覚系：身体の垂直性および頭部の動きの基準。物体に対する空間的位置。

感覚器官は、身体が動いたり支持基底面が変化したりしても、支持基底面に対する空間的な向きの変化を感知しなければならない。バランスに影響を与える環境要因としては、光の状況、床面の変化、アルコール、薬物、耳の感染症などが挙げられる。

加齢に伴いバランス障害が生じる。上記のシステムが感覚情報を受け取り統合する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っている。^{[ 4 ]}その結果、高齢者は転倒のリスクが高まる。実際、65歳以上の成人の3人に1人は毎年転倒する。^{[ 5 ]}

静かに直立している個人の場合、安定性の限界は、バランスが崩れ、修正動作が必要となる姿勢の揺れの量として定義される。^{[ 6 ]}

体の揺れはあらゆる運動面で起こり得るため、リハビリテーションがますます困難になる能力です。姿勢バランスの欠陥は、内外側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研究の強力な証拠があります。バランスを保つには、立っている人は重心の垂直投影を支持基底面内に維持できなければならず、その結果、内外側または前後方向の揺れがほとんどなくなります。足首の捻挫は、アスリートや身体活動的な人々の間で最も頻繁に発生する怪我の 1 つです。足首の捻挫後の最も一般的な残存障​​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、不十分な安定化構造と生理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、捻挫の再発または足首がぐらつく感覚が含まれます。^{[ 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苦しんでいます。^{[ 8 ]} 足首の損傷は、固有受容感覚の欠損と姿勢制御の障害を引き起こします。筋力低下、潜在的な不安定性、姿勢制御の低下がある人は、姿勢制御が良好な人よりも足首の損傷を受けやすいです。

神経疾患のある人はバランス感覚が著しく損なわれることがあります。例えば、脳卒中や脊髄損傷を負った人は、この能力に苦労することがあります。バランス感覚の障害は、脳卒中後の将来の機能や回復と強く関連しており、転倒の最も強力な予測因子です。^{[ 9 ]}

バランス能力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、パーキンソン病患者のバランス障害は、安定限界の低下、予測的運動戦略の生成障害、および異常な調整と関連していることが示されました。

バランスは、足首、膝、股関節周辺の筋肉の疲労によって、健常者でも悪影響を受ける可能性があります。しかし、研究では、股関節（臀筋と腰部伸筋）と膝周辺の筋肉の疲労が姿勢の安定性（揺れ）に大きな影響を与えることがわかっています。^{[ 2 ]}筋肉の疲労は、適切な力や精度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感覚と運動感覚フィードバックが変化し、意識的な関節認識に悪影響が出る可能性があります。^{[ 3 ]}

バランス感覚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されるため、理学療法士や作業療法士は、高齢者、神経疾患の患者、またはバランス訓練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、バランス感覚を治療計画に組み込むことが多い。

脳卒中患者に対するバランス訓練は文献で支持されている。^{[ 9 ] [ 10 ]}この集団に対して一般的に使用され、効果的であることが証明されている方法には、座位または立位でのバランス練習と、リーチング、支持基底面の変化、傾斜板の使用、速度を変化させた歩行訓練、階段昇降運動など、さまざまな段階がある。^{[ 9 ]}バランスを改善するもう1つの方法は、外乱訓練である。これは、支持基底面から重心を移動させようとして、人の重心に外力を加えるものである。^{[ 11 ]}訓練の種類は理学療法士によって決定されるべきであり、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異なる。

高齢者、神経筋疾患のある子供、慢性的な足首の不安定性などの運動機能障害のある人など、さまざまな集団が研究されており、バランス訓練によってこれらのグループの姿勢動揺の改善や「片足立ちバランス」の改善がもたらされることが示されています。^{[ 12 ]}バランス訓練の効果はさまざまな方法で測定できますが、典型的な定量的成果は、圧力中心（CoP）、姿勢動揺、静的/動的バランスであり、これらは被験者が何らかの不安定性を受けながら一定の身体姿勢を維持する能力によって測定されます。^{[ 12 ] [ 13 ]}

研究では、身体活動レベルが高いほど、転倒リスクとともに罹患率と死亡率が30%から50%減少することが示唆されています。^{[ 14 ]}一部の種類の運動（歩行、バランス、協調運動、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の結果を改善し、安全であるようです。^{[ 15 ]}ある研究では、有酸素運動と抵抗運動を併用することで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十分な証拠はまだありません。^{[ 15 ]}

バランス機能検査は、重心の摂動/変化を伴う場合も静止立位時も、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います。 ^{[ 17 ]}標準化されたバランス検査により、医療従事者は個人の姿勢制御を評価できます。利用可能な機能的バランス検査には、次のようなものがあります。

• ロンベルグテスト：直立バランスに対する固有受容感覚の寄与を判断するために用いられる。被験者は目を開けたまま静かに立位を保つ。このテストが十分に難しくない場合は、シャープンドロンベルグテストがある。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面が狭くなり、重心が高くなり、バランスを取るために腕を使うことができなくなる。 ^{[ 17 ]}
• 機能的リーチテスト：足を地面につけたまま、腕を伸ばした距離を超えて前方に手を伸ばせる最大距離を測定する。^{[ 17 ]}
• Berg Balance Scale : 日常生活でよく行われる機能的なタスクを使用して、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、Berg Balance Scale 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適切な測定法であることがわかりました。 ^{[ 18 ]} Berg Balance Scale は、ゴールデンテストとして知られています。BBS は 1989 年に初めて発表され、2022 年の今日でも有効であり、これは非常に注目すべきことです。すべてのテストやすべての研究がこれほど長く残っているわけではないので、これは本当にゴールデンテストです。 ^{[ 19 ]}
• パフォーマンス指向型移動能力評価（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：補助の有無にかかわらず日常的な作業を行う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：複数の方向への片足立ちの最大到達距離を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することで、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（Mini-BESTest）：臨床現場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版です。このテストはバランス障害を評価するために使用され、動的バランス課題の14項目から構成され、予測的姿勢調整、反応的姿勢制御、感覚定位、動的歩行の4つのサブコンポーネントに分かれています。Mini-BESTestは主に神経疾患でテストされていますが、他の疾患で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、反応性を支持しており、レビューによると、標準的なバランス測定法とみなすことができます。^{[ 22 ]}
• BESS：BESS（Balance Error Scoring System）は、バランスを評価する一般的な方法です。バランスを正確に評価するためのシンプルで手頃な方法として知られていますが、BESSプロトコルの妥当性には疑問が呈されています。BESSは、スポーツの場面で、軽度から中程度の頭部外傷が姿勢の安定性に及ぼす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（硬い表面と中密度のフォーム）で3つの異なるスタンス（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、評価全体の所要時間は約5～7分です。最初のスタンスは両足スタンスです。被験者は、両足を揃えて硬い表面に立ち、両手を腰に当てて目を閉じるように指示されます。2番目のスタンスは片足スタンスです。このスタンスでは、被験者は利き足ではない方の足で硬い表面に立ち、両手を腰に当てて目を閉じるように指示されます。3番目のスタンスはタンデムスタンスです。被験者は、両手を腰に当て、目を閉じて、かかとからつま先までしっかりとした地面に立ちます。4番目、5番目、6番目の姿勢は、被験者が中密度のフォーム表面でこれらの姿勢を行うことを除いて、1番目、2番目、3番目の姿勢の順に繰り返されます。BESSは、適切な姿勢からの逸脱を探す検査者によって採点されます。検査中に被験者に以下のいずれかが発生した場合、逸脱が記録されます。目を開ける、両手を腰から離す、前につまずく、または転倒する、前足部またはかかとを検査面から持ち上げる、股関節の外転または屈曲が30度を超える、または適切な検査姿勢から5秒以上外れたままになる。

^{[ 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の崩れと関連付けられています。標準的なバランス検査の中には、これらの高機能グループに適用するには簡単すぎたり時間がかかりすぎたりするものがあります。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 ]}

近年の技術進歩により、バランス評価のトレンドとして、圧力中心（地上移動）（CoP）、地面上の重心の反応ベクトル、特定の時間における経路長のモニタリングが広まっている。^{[ 26 ]}定量評価では、CoP経路長が最小であることは、良好なバランスを示唆する。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」とみなされている。NeuroCom Balance Manager（NeuroCom、米国オレゴン州クラカマス）は、さまざまなタスク中のCoPを追跡するためにコンピュータソフトウェアを使用する市販の動的姿勢動揺計システムである。これらのさまざまな評価は、感覚受容体入力を介し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、反応時間を観察する安定性限界テストまで多岐にわたる。NeuroComはバランス評価の業界標準とみなされているが、高額（約25万ドル）である。

過去 5 年間の研究は、CoP を正確に測定できる安価で持ち運び可能なデバイスの開発へと向かっています。最近では、任天堂の Wii バランスボード (任天堂、京都、日本) がフォースプレートと比較検証され、CoP を正確に測定するツールであることが判明しました^{[ 27 ]。}これは、技術の価格差 ($25 対 $10,000) により、Wii バランスボードが臨床医が定量的なバランス評価を使用するのに適した代替手段となるため、非常に興味深いことです。他の安価なカスタムメイドのフォースプレートもこの新しい動きに統合され、多くの人々に利益をもたらす研究と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、人が直立姿勢を保つ能力に影響を与える多くの交絡変数が存在します。中枢神経系（CNS）の機能障害を引き起こす疲労は、間接的に直立姿勢を保つ能力の低下につながる可能性があります。これは、臨床集団（例：パーキンソン病、多発性硬化症）で繰り返し見られます。疲労がバランスに及ぼす影響に関するもう1つの大きな懸念は、アスリート集団です。バランス検査は、アスリートの脳震盪の診断に役立つ標準的な測定法となっていますが、アスリートは極度に疲労している可能性があるため、臨床医が疲労がなくなるまでアスリートがどれくらいの時間休む必要があるかを正確に判断し、バランスを測定して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ことが困難になっています。これまでのところ、研究者は、バランス検査の前にアスリートが8～20分間の休息を必要とす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が生じる可能性があります。

年齢、性別、身長はすべて、個人のバランス能力とバランスの評価に影響を与えることが示されています。一般的に、高齢者はすべてのテスト条件下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を与え、身長が高くなるにつれて機能的リーチは通常減少します。ただし、このテストは前後の揺れのみを測定します。これは、再現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、協調性、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ないか、限られています。^{[ 15 ]}

バランスは主に自動的なプロセスですが、随意的な制御も一般的です。能動的な制御は通常、バランスが損なわれている状況で行われます。これは、立つなどの基本的な動作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ことがあります。この効果の説明の1つは、意識的な制御によって不安定性が過剰に修正され、「意図せず比較的自動的な制御プロセスを妨害する可能性がある」ということです。一方、外部の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る」のです。^{[ 33 ]}

姿勢制御以上のタスクとは、直立した状態で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のことです。研究により、姿勢の安定性は他の活動の達成を可能にする働きをすることが示されています。^{[ 34 ]} つまり、何らかのタスクを試みた途端に倒れてしまうのであれば、安定した直立姿勢で立っていても全くメリットはありません。健康な人では、姿勢制御は、姿勢制御以上のタスクを成功裏に達成しながら、必要な労力を最小限に抑えるように作用すると考えられています（必ずしも揺れを最小限に抑えるためではありません）。^{[ 34 ]} 研究では、二次的な目標を追加すると、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、注意を内向きに向ける場合と比較して、外向きに向ける場合の方が姿勢のパフォーマンスが向上することを発見しました^{[ 35 ]} つまり、動きそのものではなく、動きの結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、より自動的で反射的な制御プロセスの使用によるものです。^{[ 35 ] [ 36 ]} 自分の動きに集中している場合 (内向きの焦点)、意図せずこれらの自動プロセスに干渉し、パフォーマンスが低下する可能性があります。外向きの焦点を当てると、姿勢の揺れが増加することがあるにもかかわらず、姿勢の安定性が向上します。^{[ 35 ]} 注意を外向きに集中させ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 ]} その後、外向きの焦点を当てることで、姿勢の安定性を高めながら、姿勢を超えるタスクのパフォーマンスが向上します。^{[ 36 ]}