起き上がり動作のバイオメカニクス｜仰向けから端座位までの4相・筋肉・関節運動

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朝、ベッドから身体を起こすとき、胸を持ち上げる動きと脚を下ろす動きはどうつながっているのでしょうか。リハビリの場面では、横を向けるのに肩がベッドから離れない人もいれば、肘で支えられても、そこから手のひらへ支持を移せない人もいます。どちらも「起き上がりに介助が必要」と記録できますが、次に観察する場所は異なります。

この記事では、成人が仰向け（背臥位）からベッドの縁に座る（端座位）までを扱います。横向きを経由し、肘・前腕、手のひらを順に使う一例を、支持の変化に沿って4相で見ます。ベッド上で両脚を伸ばしたまま座る長座位や、床から立位まで起きる動作とは、下肢の位置や支持条件が異なります。

起き上がりの4相を、身体の支え方から見る

4相の境界は、側臥位への回旋、肘・前腕で上体を支える場面、手のひらでの支持、骨盤を中心とした端座位です。これは横向きから起きる一例を分析するための、本記事の区切りです。実際には、身体を回しながら上体が浮き始めたり、肘支持を短く通過して早めに手をついたりします。相の長さや順番に個人差があるため、介助の量と本人が使う支持を合わせて記録します。

筋群は解剖学的な作用と研究を踏まえた例です。肩や体幹の角度、活動する筋の順序、足が床に着く時点は、動作の方法や環境で変わります。

第Ⅰ相　寝返りで、肘と脚の行き先を整える

仰向けの状態では、背中・骨盤・脚がベッドに広く接しています。横向きへ移ると、身体の側面へ荷重が移り、下側の前腕を次の支えとして置く準備ができます。頭や上側の腕が先に動く場合もあれば、膝を立てて脚や骨盤の回旋から始める場合もあります。ここでは、どの部位が先に動いたかと、下側の腕がどこに残ったかを見ます。

頸部筋は頭を向ける・持ち上げる動きに関わり、腹斜筋群は胸郭と骨盤の相対的な回旋に関わります。腕を反対側へ運ぶ方法では、肩の水平内転や肩甲骨の前方移動も使われます。膝を立てる場合は股関節と膝関節が屈曲し、足底をベッドに置くと骨盤を回すための支持が得られます。これらの動きがそろって、肩と骨盤をベッド縁へ向ける位置が決まります。

この段階で起き上がりが止まる場合は、まず寝返り自体が難しいのか、横向きになった後に腕を出しにくいのかを区別します。下側の腕が身体の下に残ると、次に肘を置き直す動きが必要になります。ベッド縁までの距離が大きいときは、寝返りができても前腕や下肢が使いやすい位置に届かないことがあります。身体機能と一緒に、開始位置とベッドの幅を見ておくと、次の試行で何を調整するか決められます。

第Ⅱ相　肘・前腕で支えながら、胸郭をベッドから離す

横向きになると、身体の下側にある肘と前腕をベッドにつき、その反力を受けながら上体を持ち上げます。このときに見たいのは、肘がついたことと、肘・前腕に荷重が移ったことの違いです。肘がベッドに触れていても、胸郭がまだベッド側に残っていれば、前腕は上体を十分に受けていないことがあります。頭・胸郭の動きと前腕の位置を一緒に見ると、支持ができる前に持ち上げようとしているか、支持はできたものの上昇が進まないかを観察できます。

肩関節では上腕と体幹の相対位置が変わり、肩甲帯は上肢から伝わる荷重を胸郭へ受け渡します。体幹では、側屈や回旋、屈曲の組み合わせで胸郭を骨盤の上へ向けて動かします。腹斜筋群、三角筋、前鋸筋などはそれぞれの関節・体節の調整に関与し得ます。動作中にどの筋の活動が大きいかは、支持側、上腕の位置、速度によって変わります。

西本らは健常男性10人を対象に、背臥位、側臥位、腹臥位からの起き上がりで表面筋電図を比較しました。背臥位からの条件では胸鎖乳突筋・腹直筋の活動が目立ち、側臥位からの条件では三角筋後部線維の活動に続いて上腕三頭筋の活動がみられました。開始肢位で筋活動が変わることを示す研究です。特定の筋が全員に同じ順で働くと判断するには、用いた動作課題や対象を確認する必要があります。^[1]

前腕支持で肩がつらい場合は、痛みの位置、肩の動かせる範囲、前腕を置く場所、反対側の手が補助できるかを確認します。肩と肘の位置を少し変えると、上体の通り道と荷重の向きが変わります。マットレスが柔らかければ、肘が沈み、同じ腕の位置でも押しやすさが変わります。肩にかかる負担と動作の達成を両方見ながら、本人が使いやすい支持を選びます。

第Ⅲ相　手のひらで押し、下肢を下ろして上体を起こす

肘・前腕支持から手掌支持へ移ると、上体を支える場所が手のひらへ変わります。手をついて肘を伸ばす場合、上腕三頭筋が肘伸展に関わります。肩甲帯周囲筋は荷重を受ける肩と胸郭の位置を調整します。体幹では腹部・背部の筋が協調し、胸郭を骨盤の上に近づけながら、身体が前後左右に行き過ぎないようにします。

この場面では、肘が伸びても手が滑る、手をつけても骨盤がベッド縁まで移らない、といった違いが出ます。手首の痛みや伸展可動域が影響する場合もあれば、手を置く位置が遠く、胸郭が手の支持へ移りにくい場合もあります。上腕三頭筋の筋力を評価するときも、先に手の支持を使える位置にあるかを見ておくと、筋の出力と配置の影響を分けて考えられます。

下肢は、ベッド外へ運ばれてから下腿が下へ向かいます。脚がベッド縁へ移る過程では股関節の屈曲・外転・回旋などが組み合わさり、膝関節は曲がって下腿が垂れます。脚を浮かせて運ぶ、上側の脚を先に下ろす、片脚で反対側の脚を補助するなど、方法は人によって変わります。脚を下ろす速さと上体を押し上げる時点が合うと、両者が一続きの動作になります。

西守・浦田は、健常男性5人の回旋を伴う起き上がりを三次元計測し、各体節の角運動量の変化を推定しました。研究の条件では、下肢の下向きの運動が、上半身が起きる方向の運動に関係していました。これは体節の運動を使った力学的な推定です。測定された貢献を、個人の脚力の割合や、患者に脚を強く振り下ろしてもらうべき根拠としては使えません。臨床では、脚を運ぶ方向とタイミングを調整したときに、上体が上がりやすくなるかを見ます。^[2]

第Ⅳ相　端座位で揺れを収め、次の行為へつなげる

端座位では、主な支持が臀部や大腿に移り、足底が床につけばそこからも反力を受けます。手をベッドについたままでも、本人が行いたいことに応じて安定した座位をつくれます。立ち上がりへ進む場合は足底の接地や骨盤の位置、上衣を着る場合は両手を一時的に離して保てるかなど、次の課題に合わせて観察します。

上体が起きても、直後に後ろへ倒れそうになる、手を離すと横に傾く、足が床に届かず座位が不安定になることがあります。このときは上昇までに使った勢いをどこで収めるか、骨盤の上に胸郭が移ったか、手や足の支持が使えるかを見ます。ベッド高が同じでも、下腿の長さやマットレスの沈み方で足底の接地は変わります。座位が安定したと判断する条件を先に決めておくと、評価のたびに終点が変わるのを防げます。

臥位から座位に移ると、めまいや気分不良が起こる人もいます。症状が出るときはその場で動作を区切り、医療者は普段の血圧や症状、体位変換に対する反応を確認します。急性期、術後、骨折などで指示された運動制限がある場合も、体幹をどの程度回せるか、どの上肢で荷重できるかは個別の条件に従います。

力学で理解する、支点・反力・下肢と体幹の連動

肘や手でベッドを押すと、ベッドから身体に反力が働きます。身体を回す作用は力の大きさだけでなく、力の向きと作用線の位置で変わります。単純な平面モデルなら、ある点まわりのモーメントの大きさは、力と、その点から力の作用線までの垂直距離の積です。実際には肘、手、骨盤、脚などの接触が変わり、姿勢も三次元に動きます。上体を起こす間に同じ一点を支点にし続けるわけではありません。

上半身の重心が、いま使える支持に対してどこにあり、どちらへ動いているかも重要です。ゆっくり動く場合は、肘・前腕や手の支持を確かめながら、胸郭をその支持へ移しやすい位置に配置することがあります。連続して速く動く場合は、頭・体幹・脚の速度やタイミングも動作に関わります。速度を落とすと負担が小さくなる場面もあれば、位置を保つ時間が長くなって難しさが増す場面もあります。

西守・浦田の若年健常者の研究では、体幹回旋を伴う起き上がりの通常速度の試行と遅い試行を比較すると、遅い条件で体幹の回旋と支持側肩関節の内旋が大きい結果でした。少人数の比較で、角度をそろえると患者の起き上がりが改善するかを調べた研究ではありません。臨床では速度を変えてみたとき、支持を置く位置、肩の痛み、上体の軌道も一緒に変化するかを確かめます。^[3]

ベッド縁の近くで脚が下がると、脚の質量配置と運動によって、骨盤・体幹との間で生じる力や回転の関係が変わります。ここに、腕がベッドから受ける反力と体幹筋の働きが重なります。頭と胸郭だけを持ち上げようとして進まないときに、下肢がどこまで縁を越えているかを見る理由です。脚が下りたかどうかに加え、肘・手の支持と同じタイミングでつながったかを観察します。

筋肉の名前を、観察した動きと結びつける

関節の角度から分かるのは、身体がどう動いたかです。筋電図は測定した筋の電気活動を捉えます。関節を回す力の大きさや一つの筋の張力を、動画や表面筋電図だけで直接求めることはできません。例えば「肘が曲がっている」場面でも、その形で体重を受けているのか、押し上げようとして動かないのかで、必要な評価が変わります。

評価では、どの支持で、どの相まで自分で進めるかを見る

起き上がりには、体幹の可動性や筋力、支持に使う上肢、脚を運ぶ能力、座位バランス、ベッドや手すりの条件が関わります。Alexanderらは若年者と、居住・療養環境の異なる高齢者のベッド上動作を比較しました。仰向けから座る時間やベッド上の複数課題を調べた結果から、体幹の機能だけに評価を絞らず、実際の課題の遂行をみる必要性が示唆されます。^[4]

別の研究では、健常な若年女性22人と地域在住の高齢女性17人が、端座位になる課題と、手の使用条件を変えてベッド上で座る課題を行いました。上体の持ち上げ方や、股関節周辺を軸に身体の向きを変える方法に違いがありました。これは年齢群を比較した結果で、同じ年齢の人が同じ方法を使うとは限りません。再評価では、いつもの方法を観察する試行と、ベッド高や手の使用をそろえて比較する試行を目的に応じて使い分けます。^[6]

記録には、起きる方向、ベッド高・背上げ角度、柵の使用、最初に止まる相、介助した部位、最後に座位を保てたかを含めます。例えば「右へ起き上がり。右前腕の接地まで自力。両下腿をベッド外へ運ぶと胸郭が浮き、手掌支持から座位へ移行。足底接地後は手をついて保持」と書けば、何に介助が必要だったかが共有できます。左右や介入前後を比べる場合は、ベッド条件と開始・終了の基準をそろえます。

リハビリでは、つまずいた場面と生活の条件を合わせる

初めに、本人がどの場所から、何のために起きたいかを聞きます。朝に自宅のベッドから立ち上がること、夜間にトイレへ移ること、端座位で上衣を着ることでは、必要な安定性や使える手すりが違います。病棟で成功した方略を生活へつなぐには、ベッドの高さ、出る側の空間、マットレスの硬さなどを一緒に確認します。

動作を練習するときは、本人が進めるところまで行い、詰まった相で必要な支持を加える方法があります。脚がベッド縁へ移らない人では脚の位置やベッドの背上げを変え、同じ腕の使い方で上体の離れ方が変わるかを比べます。手掌支持の途中で止まる人では、手を置く場所を調整し、その場で痛みや押しやすさが変わるかをみます。変化が分かれば、全体を繰り返す練習と、可動域・筋力・座位保持などの個別練習を、本人の課題に合わせて組み合わせられます。

Alexanderらは、日常生活動作に介助や用具を必要とする高齢者161人を、ベッドや椅子から起きる部分動作に合わせた抵抗運動と、柔軟性運動に無作為に分けて比較しました。12週後、抵抗運動群では遂行できた課題の総数と所要時間に改善がみられました。個別の課題を一つずつみた場合の遂行可否には、統計的に有意な改善は確認されていません。本記事で例示した肘の位置や脚を下ろすタイミングを個別に試した研究でもありません。臨床では、練習した条件での変化と、普段のベッドや朝の着替え・立ち上がりまで続けたときの変化を確認します。^[5]

例えば、側臥位になって右肘をつけるものの、上体が浮かず止まる場面を考えます。両下腿がベッド上に残るなら、まず脚を運ぶのに必要な介助を加え、胸郭の離れ方が変わるか観察します。脚を下ろしても肩に痛みが出るなら、次は腕の位置や利用できる手の支持を検討します。手順のどこを助けたときに、本人の動きが次の相へつながるかが分かれば、介助の範囲を具体的に伝えられます。

別の例として、ベッドを背上げすると上体は起きるものの、足が床から浮いたままで手を離せない場面があります。ここでは、上体を持ち上げる課題と、端座位を安定させる課題を分けて記録します。背上げは開始姿勢を変え、ベッド高や足元の支持は端座位の条件を変えます。片方ずつ変えて比べると、起き上がりと、その後に座って行う活動のどちらが助けられたかを判断しやすくなります。

起き上がりを見るときは、胸郭が最初にベッドから離れる瞬間に注目してみてください。その前に前腕はどこへ置かれ、脚はどこまでベッド縁へ動いていたでしょうか。同じところで止まる場合でも、先に整えるべきものが腕の位置なのか、脚の移動なのか、座位の支えなのかが見えてきます。

参考文献

1. 西本勝夫ほか．背臥位，側臥位そして腹臥位からの起き上がり動作における表面筋電図的分析．理学療法学．1989年，16巻5号，317–322頁．原著論文
2. 西守隆，浦田達也．健常者における体幹回旋運動を伴う起き上がり動作では下肢の貢献度が高い．関西理学療法．2019年，19巻，98–103頁．原著論文
3. 西守隆，浦田達也．健常者における起き上がり動作の速度変化における上肢・体幹の運動学的解析．理学療法科学．2020年，35巻6号，893–898頁．原著論文
4. Alexander NB, Grunawalt JC, Carlos S, Augustine J. Bed mobility task performance in older adults. J Rehabil Res Dev. 2000, 37(5), 633–638. PubMed
5. Alexander NB, Galecki AT, Grenier ML, et al. Task-specific resistance training to improve the ability of activities of daily living-impaired older adults to rise from a bed and from a chair. J Am Geriatr Soc. 2001, 49(11), 1418–1427. 原著論文
6. Alexander NB, Fry-Welch DK, Marshall LM, Chung CC, Kowalski AM. Healthy young and old women differ in their trunk elevation and hip pivot motions when rising from supine to sitting. J Am Geriatr Soc. 1995, 43(4), 338–343. 原著論文