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前屈とは、筋骨格系の潜在能力であり、筋肉が収縮するときにその非線形 粘弾性特性を利用して動きを自動的に安定化する。[1] [2]このようなゼロ遅延の固有フィードバックループを「前屈」という用語で表したのは、ローブである。[3]反射や高次脳制御などのニューロンを使用した安定化方法とは異なり、前屈は最小限の時間遅延で発生するが、筋骨格系の主な動きを安定化させるだけである。[要出典]
粘弾性補正
筋肉は収縮時に非線形粘弾性特性を持つ。[4] [5] [6]この特性は、筋肉が長さを変えざるを得なくなり、当初指示された速度とは異なる速度で動く場合に、動きを自動修正することができる。このような自動修正は、指示された動作が乱れたときに役立つ。たとえば、足が穴に落ちて足が予期せず下に伸びてしまう場合などである。筋肉の非線形粘弾性特性は、これらの乱れによって誘発される速度と長さの差と相互作用し、乱れが身体に及ぼす影響を直接打ち消す。乱れに対する抵抗の一部は受動的であり、筋肉やその他の軟部組織によって生成される受動的張力と関節トルクの非線形増加によるものである。[4]組織のプレストレスは、受動的張力の基底レベルを構成するプレフレックス特性であり、関節の拮抗組織に存在するため、関節の受動的剛性と安定性を高める。[7]
進化の機会
筋肉には、前屈の安定化という進化的選択が作用するさまざまなシステムが含まれています。たとえば、三角筋は、骨の付着部と神経制御が異なる少なくとも 7 つのセグメントで構成されています。 [8]各筋肉セグメント内には、各筋肉ユニットが腱、腱膜、および能動収縮要素と受動要素の束で構成される複雑な内部構造があります。 [4]もう一つのバリエーションの原因は、たとえば羽状筋に見られるように、筋肉の作用線に対する繊維配向の内部構造にあります。[9]これらのサブパーツのさまざまな粘弾性長さと速度力の関係の複雑さにより、タスクに合わせて高度に調整された非線形粘弾性長さ-速度-力関係を持つ構造的に複雑な筋肉バイオコンポジットを適応的に選択する機会が提供されます。筋肉が複合構造であるというこの性質は、脊髄やより高次の制御を必要とせずに摂動に対抗できるように、筋骨格系の粘弾性反応を修正する適応的な進化の機会を提供します。
例
レッグステップリカバリー
ホロホロチョウは他の多くの二足歩行鳥類と同様に、荒れた地面を歩きます。ホロホロチョウの脚が穴に足を踏み入れると（これはよくある障害で、進化の過程で筋骨格系の非線形粘弾性特性が調整されました）、脚の関節にまたがる筋肉に、瞬間的に予期しない速度と長さの変化が生じます。この長さ/速度の不一致は、そのような障害に対応して進化した非線形の長さと速度-力の関係と相互作用し、結果として脚が穴の奥にさらに伸び、鳥の体が安定して直立した状態を保ちます。[10]
足拭き
カエルの脚の動きが刺激されたときに刺激物に対する拭き取り動作を安定させるのは、神経を介した脊髄反射ではなく、カエルの脚の固有の筋骨格特性です。 [11]
スクワットジャンプ
人間における前屈安定化の例としては、人がしゃがんだ姿勢から爆発的にジャンプするときに起こり、脚の筋肉は垂直からの摂動に対して最小限の時間遅延を提供するように働きます。[6]
参考文献
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