バランス（能力）
バランス能力を発揮する女性
ワイングラスのバランスをとるウェイター

バイオメカニクスにおけるバランスとは、最小限の姿勢の動揺で支持基底面内で体の重心線（重心からの垂直線）を維持する能力である。 [ 1 ]動揺とは、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（例：呼吸、片足からもう片方の足へ、前足から後足へ体重を移動）や外的要因（例：視覚の歪み、床の移動）により、ある程度の動揺は不可欠かつ避けられない。動揺の増加は、必ずしもバランス機能不全の指標ではなく、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

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：平衡感覚を調節する感覚器官（平衡受容）、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）
  • 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、異なる身体部位間の相対的な動きと位置
  • 視覚系：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、身体が動いたり、支持基盤が変化したりした場合でも、支持基盤に対する空間方向の変化を感知しなければなりません。バランスに影響を与える環境要因としては、光条件、床面の変化、アルコール、薬物、耳の感染症などがあります。

バランス障害

加齢に伴いバランス機能が低下します。加齢に伴い、感覚情報を受信・統合する上記のシステムの能力が低下することが、高齢者のバランス機能の低下の一因となります。[ 4 ]その結果、高齢者は転倒リスクが高まります。実際、65歳以上の成人の3人に1人が毎年転倒しています。[ 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および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。バランスを保つために、人は立っているときに質量の垂直方向の投影を支持基底面内に保つことができなければならず、その結果、内外方向または前後方向の揺れが小さくなります。足首の捻挫は、アスリートや身体的に活発な人々の間で最も頻繁に発生する傷害の 1 つです。足首の捻挫後に残る最も一般的な障害は、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ような感覚が含まれます。[ 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、潜在的な不安定性、姿勢制御能力の低下がある人は、姿勢制御能力が良好な人よりも足首の損傷を受けやすい傾向があります。

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 ]

バランス感覚が著しく損なわれるもう一つの集団はパーキンソン病患者です。NardoneとSchieppati（2006）による研究では、パーキンソン病患者のバランス感覚障害は、安定性の限界の低下、予測運動戦略の発揮障害、そして異常なキャリブレーションと関連していることが示されました。

バランスは、足首、膝、股関節周囲の筋肉の疲労によって、健常者においても悪影響を受ける可能性があります。しかしながら、研究によると、股関節（殿筋および腰椎伸筋）と膝関節周囲の筋肉疲労は、姿勢の安定性（動揺）に大きな影響を与えることが分かっています。[ 2 ]筋肉疲労は、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のフィードバックが変化し、関節の意識的な認識に悪影響を与える可能性があります。[ 3 ]

バランストレーニング

バランストレーニング

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、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多いです。

脳卒中患者のバランス訓練は、文献でも支持されている。[ 9 ] [ 10 ]この集団に一般的に使用され、有効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、様々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、外力を加えて人の重心を支持基底から動かす摂動訓練である。[ 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、回復の段階、脳卒中後の患者の能力と機能障害に応じて異なる。

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障害のある人などを対象に研究が行われており、バランストレーニングはこれらのグループにおいて姿勢の動揺の改善と「片足立ちバランス」の向上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な状態にある間に一定の体位を維持する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％減少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、協調性、機能的タスク、筋力強化運動、3D運動、複数の運動タイプ）は、高齢者の臨床的バランス結果を改善し、一見安全です。[ 15 ]ある研究では、有酸素運動と抵抗運動を併用すると、バランス能力が改善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 ]

機能バランス評価

バランス機能検査は、静的および動的バランスの維持に焦点を当てており、これは質量中心の変動を伴う場合も、静止立位時も対象とします。[ 17 ]標準化されたバランス検査は、医療従事者が個人の姿勢制御を評価するために利用可能です。利用可能な機能的バランス検査には、以下のものがあります。

  • ロンバーグテスト：直立姿勢における固有受容覚の寄与を判定するために使用される。被験者は目を開いたまま静かに立っている。このテストの難易度が十分でない場合は、シャープン・ロンバーグテストが用いられる。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減少し、被験者の重心が上昇し、バランスを取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：立った状態で足を地面につけたまま、腕の長さを超えて前方に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、脳卒中後患者のバランス障害の健全な指標であることが報告されています。 [ 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年に初めて発表され、2022年の今日でもまだ有効であり、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申告尺度。[ 17 ]
  • スターエクスカーションテスト：単一立位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）は、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の評価に用いられ、14項目の動的バランス課題から構成され、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は主に神経疾患を対象としていますが、他の疾患についても検証されています。このテストの心理測定学的特性に関するレビューは、信頼性、妥当性、反応性を支持しており、標準的なバランス評価尺度とみなすことができるとされています。[ 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きましたが、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、軽度から中等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 では、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。参加者は硬い表面上に、両手を腰に当て、目を閉じて足を並べて立つ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、参加者は硬い表面上に、利き足ではない方の足で立ち、両手を腰に当て、目を閉じて立つ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をつけて立ち、両手を腰に当て、目を閉じます。4、5、6番目の姿勢は、1、2、3の姿勢の順番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検査員が確認することで採点されます。被験者がテスト中に目を開ける、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、股関節を30度以上外転または屈曲させる、または適切なテスト姿勢から5秒以上離れるなどの行動が見られた場合、逸脱とみなされます。

[ 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バランス障害と関連付けられています。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、あるいは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ついては、専門家の推奨事項がまとめられています。[ 25 ]

定量的（コンピュータ化された）評価

近年の技術進歩により、バランス評価において、地面に対する質量中心の反応ベクトルである圧力中心（地上歩行） （CoP）、一定時間における経路長のモニタリングが主流となっています。 [ 26 ]定量評価では、CoP経路長が最小であることが良好なバランスを示唆します。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」と考えられています。NeuroCom Balance Manager（NeuroCom、オレゴン州クラカマス、米国）は、市販の動的姿勢測定システムで、コンピューターソフトウェアを用いて様々なタスク中のCoPを追跡します。これらの評価は、感覚受容器への入力を通して寄与する様々なシステムを観察する感覚組織化テストから、被験者の足首の可動域、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ります。NeuroComはバランス評価の業界標準と考えられていますが、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持ち運び可能なデバイスの研究が進められてきました。最近では、任天堂のバランスWiiボード（任天堂、京都市）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判明しました[ 27 ]。これは非常に喜ばしいことです。なぜなら、技術価格差（25ドル対10,000ドル）により、バランスWiiボードは臨床医が定量的なバランス評価を行うための適切な代替手段となるからです。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分野に統合されつつあり、多くの人々に利益をもたらす研究と臨床評価の分野が成長しつつあります。

疲労がバランスに与える影響

バランスの複雑さにより、多くの交絡変数が人の直立保持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、間接的に直立保持不能につながる可能性があります。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。疲労がバランスに及ぼす影響に関するもう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を支援する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どれだけの休息をとる必要があるかを正確に判断し、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分の休息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。

バランスに影響を与えるその他の要因

年齢、性別、身長はすべて、個人のバランス能力とそ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において、体の動揺が大きくなります。[ 31 ]テストでは、高齢者は機能的リーチが短く、体の動揺経路が長いことが示されています。身長も体の動揺に影響を与え、身長が高くなると機能的リーチは通常低下します。しかし、このテストは前後の動揺を測定するだけです。これは、再現性と信頼性のある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）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。しかし、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エビデンスはないか、限られていました。[ 15 ]

バランスの自発的な制御

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、バランスが崩れた状況で行われます。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可能性があります。この効果の説明の一つとして、意識的な制御は不安定性を過剰に修正することになり、「比較的自動的な制御プロセスを意図せず混乱させる可能性がある」ことが挙げられます。一方、外的な課題に集中することは、「より自動的な制御プロセスの利用を促進する」とされています。[ 33 ]

バランスとデュアルタスク

上方姿勢課題とは、直立したまま歩行やテキストメッセージ作成など、別の行動目標を達成しながら姿勢制御を必要とする活動である。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る。[ 34 ] 言い換えれば、安定した直立姿勢で立っていても、何らかの課題を行おうとするとすぐに転倒してしまうようでは、何のメリットもない。健康な個人では、姿勢制御は、上方姿勢課題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すると考えられている（必ずしも動揺を最小限に抑えるわけではない）。[ 34 ] 研究では、二次的な目標の追加に応じて姿勢動揺が自発的に減少することが示されている。[ 33 ]

McNevinとWulf（2​​002）は、注意を内部に向ける場合と比較して、外部に向けると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起因します。[ 35 ] [ 36 ] 動きに集中しているとき（内部集中）、人は意図せず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。注意を外部に集中させると、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 ] 注意を外部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 ] 外部への注意の焦点を採用すると、姿勢の安定性が向上しながら、超姿勢タスクのパフォーマンスが向上します。[ 36 ]

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