【2024年版】脳卒中リハビリ：ウインドラス機構と足部アライメントの関係性と歩行改善の効果的アプローチ
ウインドラス機構の破綻とその改善に向けたアプローチ
丸山さん（療法士）：「金子先生、ウインドラス機構についてもう少し教えていただけますか？脳卒中患者さんでこの機構がうまく働かないケースが多いと聞いています。」
金子先生（リハ医）：「ウインドラス機構は足部の重要な構造であり、特に歩行において、足のアーチを支えるとともに推進力を生む機構です。脳卒中後の患者さんではこの機構が崩れることがあり、それが歩行機能や姿勢に影響を及ぼすんだよ。今日は、その破綻の原因から改善アプローチまで、バイオメカニクスや脳科学の視点を交えながら詳しく見ていこう。」
1. ウインドラス機構の役割と破綻の影響
金子先生：「ウインドラス機構は、足底腱膜が巻き上げられることで足のアーチを維持し、地面を蹴り出す際に力を生む機構だ。これは歩行の最終フェーズでの推進力に重要で、歩行を円滑に進めるための一要素になっているよ。足底腱膜が巻き上がることで中足部が安定し、力を効果的に伝達できるわけだね。」
丸山さん：「なるほど、歩行の推進力に直接関わっているんですね。」
金子先生：「その通り。ところが、脳卒中患者では麻痺側の筋力低下や関節可動域の制限、感覚障害が加わり、ウインドラス機構がうまく働かなくなることがある。この結果、足底アーチが維持できず、足部がフラットになりやすい。また、この機能不全が長引くと、過剰な負荷が足の筋・腱・靭帯にかかり、さらに歩行の効率が落ちてしまうんだ。」
2. ウインドラス機構と脳の関連
金子先生：「ここで大切なのが、ウインドラス機構に関与する筋活動の多くが無意識に調整されているという点だ。大脳基底核や小脳が関与し、歩行の自動化やスムーズな運動の調整に関与している。けれど、脳卒中によりこれらの中枢が損傷されると、足部や足趾の運動をスムーズに調整する能力が低下する。脳卒中患者にウインドラス機構が破綻しやすいのは、こうした脳の機能低下も原因に含まれているわけだ。」
丸山さん：「つまり、筋力の低下だけでなく、脳からの制御がうまくいかなくなっているんですね。」
金子先生：「そう。大脳基底核や小脳のダメージは、随意的な動作や姿勢の保持において、影響が大きい。特に小脳はバランスや動作の円滑化に関わるため、歩行や姿勢制御のリハビリにおいては、視覚や触覚といった外部からのフィードバックも重要になってくるよ。」
3. 改善への筋道：足部のリハビリアプローチ
金子先生：「では、実際のリハビリ手法に移ろう。まず、足底腱膜や足趾の筋活動を強化し、ウインドラス機構の回復を目指すためにいくつかのアプローチを紹介するよ。」
足趾屈曲の強化
- 指のグリップ力を強化する運動を導入する。タオルを足趾で引き寄せる「タオルギャザー」や、ビー玉を拾うような動作で足趾の屈曲機能を改善し、腱膜を効果的に利用できるよう促す。
足関節の可動域訓練
- 足関節の背屈・底屈の可動域が減少すると、ウインドラス機構の発動が制限されるため、足関節の可動域を広げるストレッチや他動運動を行う。
外的焦点による足趾運動の再学習
- 具体的な目標物に向けて足趾を動かすようなトレーニングで、脳の意識的な介入を減らし、感覚を頼りにした自然な運動パターンを引き出す。
バランスボードなどを使用した体幹・下肢の協調性向上
- 足趾や足底の感覚入力を強調し、体幹や下肢と連動した運動の改善を目指す。こうした協調性の向上がウインドラス機構の補助となる。
4. フィードバックの活用とモチベーションの向上
金子先生：「リハビリを継続しやすくするためには、外部からのフィードバックも欠かせない。例えば、患者がどの程度足趾の力でタオルを引き寄せられているかを数値化したり、実際の動作映像を見せることで視覚的フィードバックを行うと効果的だよ。」
丸山さん：「なるほど。数値や映像によるフィードバックは、脳がより効果的に動作の改善を学習する助けになりそうです。」
金子先生：「その通りだね。リハビリの進展に応じて、患者自身がどれだけ回復しているかを実感できるようなサポートが重要だよ。また、フィードバックを工夫し、少しずつ難易度を上げることで、達成感を得られ、リハビリ意欲も向上するんだ。」
まとめ
金子先生：「まとめると、脳卒中患者におけるウインドラス機構の破綻は、筋力の低下や脳からの制御機能の損傷が原因だ。これを改善するためには、足趾の運動機能の強化、協調性の向上、外的フィードバックの活用が大切だね。特に、バイオメカニクスと脳科学の両視点からアプローチすることで、回復の道筋を立てやすくなる。」
丸山さん：「ありがとうございます。脳の働きや足部の力学的な視点からも考えながら、患者さんに合ったリハビリ計画を立てていきます！」
論文内容
youtube動画足部に役立つ動画を解説しています
カテゴリー
バイオメカニクス
タイトル
ウインドラス機構と足部アライメントの関係とは？Influence of foot posture on the functioning of the windlass mechanism.?PMCへ Lucas R.et al.(2017)
本論文を読むに至った思考・経緯
•臨床上、足部機能の改善に難渋することがあり、その学習の一部として本論文に至る。脳卒中に関わる他論文と併せて検討する。
論文内容
はじめに
•ウインドラス機構は母趾MP関節伸展に伴い、足底腱膜の巻き上げが起こり、内側縦アーチが緊張し足部剛性が高まる現象を言います。ウインドラス機構の欠如した状態での下肢の過用は傷害に関連しています。
•足の機能的なウインドラス機構を有する個体は正常な足部アライメントを示し、一方、ウインドラス機構の欠如している足の多くは回内足（pronated foot）のアライメントを示します。機能的なウインドラス機構が欠如している人はより全体的な足部のmobility（剛性の欠如）を示します。
•機能的なウインドラス機構は、内側ウェッジを備えた足装具を利用することでその機能を取り戻し得ることが報告されています。
研究目的
•研究目的は、ウインドラス機構が適切に機能している人と欠如している人の足部のアライメントを調査することであった。
研究方法
•平均年齢26歳の47人（女性34人、男性13人）をこの研究に参加させた。
•The Foot Posture Index scoresを用い両足の姿勢を視覚的に評価した。
※補足：FPIscores①距骨頭の触診②外果上下のカーブの観察③踵骨内外反位の観察④距舟関節部の膨隆の観察⑤内側縦アーチの観察⑥後足部に対する前足部内外転位の観察を行う。
各項目は5段階（-2,-1,0,+1,+2)で採点し、最低点-12は足部過回外を、最高点+12は足部過回内を示す。
•デジタル計器を使用し、静止立位（荷重下）と非荷重での両側のdosal arch height:DAHおよびmidfoot width:MFWを測定した。
•ウインドラス機構が欠如している被検者について、その機能を取り戻すのに必要な内側ウェッジの量を測定した。
研究結果
•ウインドラス機構が正常に機能している者のFPI値+2.5に対し、欠如または弱化している者はFPI値+6.8の足部過回内の値を有した。
•機能的なウインドラス機構を持たない者はより回内足のアライメント、dosal arch heightの低下（63.3mmに対し61.0mm）およびより広いmidfoot width（76.9mmに対し83.5mm）を有することが示された。
•最後に、内側ウェッジは平均5.1mmの平均内側ウェッジによって機能的なウインドラス機構を作り出すことができた。
他論文による報告
以下A cross-sectional observational study comparing foot and ankle characteristics in people with stroke and healthy controls.Kunkel D et al. (2017)
•研究目的は、脳卒中患者と健常者、転倒群と非転倒群間で、足関節と足部の特徴を調査し比較すること。
•脳卒中群では、非麻痺側の足と比較し、麻痺側の足で母趾の中足指節関節の感覚およびROMの減少が観察されました。他の違いは明らかではなかった。
•脳卒中患者は、健常対照群と比較し、母趾の中足指節関節の感覚の低下、より高いFoot Posture Index scores、および足部機能の低下を示した。
•脳卒中転倒群は、非転倒群と比較して有意に大きな足部の回内を示した。
•回外足のアライメントは痙縮と関連していると示唆されている。
明日への臨床アイデア
•脳卒中患者では、推測として足底全面接地で接地面を増やす代償的対応、またはそもそもニュートラルで保つ緊張がないか、他原因により「回内足」を示しやすい。また、痙縮を伴ったり、体幹・骨盤レベルから後方へ回旋する、他原因より「回外足」を示す。
•ウインドラス機構を考慮した際に、脳卒中患者（高齢者も）では、母趾の感覚低下や可動域制限、回内足が存在することがある。
•脳卒中患者では、「ウインドラス機構」と考えた時に、足部自体（前足部～後足部）、足部以外の身体部位、感覚、高次脳はじめ多々の原因があり足部のみでは考えるに不十分である。
•ウインドラス機構を活かすには、Tst.にてST関節の過回内を防ぎ、適度な回外位を保てないとならない（IC～LRから崩れは始まると思われる）。この部分に関しては、座位や立位でのcalf raiseの場面などで指標になり得る。母趾が伸展し、十分に底屈しST関節レベルで適度な回外位を保持できるか、回内外に崩れすぎず真っ直ぐゆっくり遠心的に下せるかなどは大事と思われる。その際に、他部位のアライメントも観察しながら行うと良いと思われる。
•論文上では内側ウェッジは機能的なウインドラス機構を作り出すツールになり得る。
脳卒中患者のウインドラス機構を改善するリハビリアプローチは、足部の構造や動作に注目し、バイオメカニクスと脳科学の視点を融合させてアプローチすることが重要です。以下は、最新の研究に基づく手順と、その科学的背景を解説します。
1. ウインドラス機構の理解と脳卒中での障害
バイオメカニクスの視点
ウインドラス機構は足底腱膜が引っ張られることでアーチが引き締まり、足部の安定性を高め、歩行の推進力に貢献する構造です。この機構が機能するためには、以下の条件が必要です：
- 足趾の屈曲（特に母趾の屈曲）
- 足底腱膜の適切な緊張
- 足部関節の柔軟性と筋力のバランス
脳科学の視点
脳卒中によって足部や足趾の筋活動や感覚入力が損なわれることで、ウインドラス機構に必要な協調運動が崩れ、足部のアーチが失われやすくなります。また、運動イメージや動作計画を司る脳の領域が損傷を受けると、正確な運動制御が困難になるため、意識的なトレーニングが必要です。
2. リハビリアプローチの手順
ステップ1：足趾・足底筋の強化（屈曲機能の回復）
- タオルギャザーエクササイズ：タオルを床に置き、足趾を使って引き寄せます。これは足趾の屈曲と足底腱膜の緊張を促し、ウインドラス機構を活性化させるために有効です。
- ビー玉拾い：足趾で小さな物を拾い上げ、異なる感覚刺激を足趾に与えながら屈曲運動の強化を図ります。
- 意識的フィードバックの活用：患者に「足趾でタオルを引き寄せる感覚」を意識させ、視覚や触覚を通じたフィードバックを提供します。これにより、脳内での動作計画が補強されます。
ステップ2：足関節の柔軟性向上と可動域訓練
- 足関節ストレッチ（背屈・底屈）：足関節の背屈や底屈可動域が狭いと、歩行時に足部が十分に推進力を発揮できません。他動的に関節を動かし、アキレス腱や足底腱膜の柔軟性を向上させます。
- 関節モビライゼーション：足関節のモビライゼーションを行うことで関節の動きを整え、負荷が足底腱膜に正しく伝わるようにします。動きを整えることでウインドラス機構の働きが円滑化されます。
ステップ3：足部のアーチ支持訓練
- 足底アーチの形成訓練：足部を内反・外反させる練習を行い、アーチの適切な支持力を意識的に維持します。歩行前に立位で足部アーチを自分で意識できるように、バランスパッドや平衡ボードを活用すると効果的です。
- アーチ形成を視覚で確認：患者に鏡を使わせ、足のアーチ形成を確認しながらアーチを作る訓練を行うことで、脳と筋活動の連携を補強します。
3. 外的フィードバックを利用した感覚再学習
脳卒中患者では、足底や足趾の感覚フィードバックが不十分になりがちです。以下のように外的フィードバックを導入することで、動作学習を加速させることができます。
- 視覚フィードバック：鏡を使い、足部の位置や動きを自分で確認させることで、脳内の体内地図を修正し、正しい足部動作が再構築されやすくなります。
- 振動刺激の導入：足趾や足底に振動刺激を与え、感覚入力を増やします。振動によって体性感覚が促され、脳が足部の位置や動きを認識しやすくなります。
- バランスボードの使用：不安定な状態で足部と体幹の協調性を養うことで、脳のバランス調整機能が活性化され、歩行時のウインドラス機構の発動が促進されます。
4. 脳科学的観点からの動作イメージトレーニング
脳卒中患者の運動再学習において、動作イメージトレーニングは脳の運動野を活性化し、運動準備の強化を図ります。具体的な手順としては：
- 動作イメージと実際の動作を交互に行う：例えば、足趾を屈曲する動作をイメージさせ、その後に実際に動作を行います。これにより、脳の運動野と足趾の筋活動が連携し、ウインドラス機構に関連する神経ネットワークが活性化します。
- 「歩行中のアーチ形成」のイメージ：歩行の際に自分の足部アーチがどのように形成されているかをイメージさせ、動作と脳内の認識の一致を促進します。
5. バイオメカニクスと神経回路の結合を意識したトレーニング
最後に、脳科学とバイオメカニクスの統合的な視点から、ウインドラス機構の改善に関するリハビリテーションプランを設計します。
- サーキットトレーニング：足趾屈曲運動、アーチサポート運動、バランスボードでの体幹強化などを組み合わせたサーキット形式でトレーニングを行います。これにより複数の筋群と神経回路が刺激され、動作が複合的に強化されます。
- トレーニングの難易度を段階的に上げる：ウインドラス機構の再学習において、徐々に負荷や難易度を上げることで、脳の順応性を高めます。最終的に、歩行時の自然な動作の中で足部アーチを形成しやすくすることが目標です。
まとめ
ウインドラス機構の改善は、単なる筋力強化だけでなく、バイオメカニクス的な足部のアライメント調整や、脳の神経再学習が必要です。特に脳卒中患者では感覚入力の低下があるため、外的フィードバックや動作イメージの導入が重要です。
新人療法士が脳卒中患者のウインドラス機構への介入を行う際のコツ
脳卒中患者のウインドラス機構への介入において、新人療法士が押さえておくべき追加のポイントを解説します。これらは、バイオメカニクスや神経リハビリの視点を含み、ウインドラス機構の回復を目指した包括的な介入を支援します。
1. 歩行フェーズにおける母趾機能の確認
- ウインドラス機構は、特に歩行の蹴り出しフェーズで重要な役割を果たします。母趾の関節可動域と筋活動が十分に機能しているかを確認します。
- ポイント: 歩行時の母趾の動きを観察し、適切な伸展が確保されているか、また力強く蹴り出せるかを確認します。必要に応じて母趾屈筋を強化します。
2. 前足部と後足部の連動性評価
- 足部全体が一体として機能するためには、前足部と後足部のスムーズな連動が不可欠です。これにより、効率的な体重移動と推進力が可能になります。
- ポイント: 患者が歩行中に前足部から後足部へスムーズに体重を移動させるか観察し、改善が必要なら体重移動を強化する練習を行います。
3. 足部内在筋群の活性化
- 足部の内在筋群（小さな筋肉群）が活性化すると、アーチが強化されウインドラス機構が効果的に機能します。内在筋の強化により、足部の安定性が向上します。
- ポイント: 内在筋を鍛えるエクササイズ（例：マーブルトレーニングやタオルスクラッチ）を取り入れ、患者が自発的に足趾を使用するようサポートします。
4. 足関節の柔軟性と可動域の向上
- 足関節の硬さは、アーチの適切な形成と体重移動に影響を与えるため、柔軟性の改善も重要です。
- ポイント: 足関節の背屈・底屈運動のストレッチやマッサージを行い、可動域の向上を図り、スムーズな体重移動ができるようにします。
5. 体幹と骨盤の連動強化
- 歩行の安定性には、体幹と骨盤が連動して動くことが重要であり、足部と連携して体重移動を助けます。
- ポイント: 骨盤や体幹の安定性を向上させるエクササイズ（例：体幹回旋運動、骨盤リフト）を取り入れ、全身で効率的に歩行できるようにします。
6. 感覚入力の促進
- 脳卒中後は足底の感覚低下が見られる場合があり、ウインドラス機構の認知に影響を与えるため、感覚入力を増やします。
- ポイント: 足裏の感覚を高めるための感覚刺激（例：さまざまな素材の上での足底刺激）を行い、地面を感じやすくします。
7. 足底アーチの支援具の使用
- 患者によってはアーチが崩れた状態が顕著であり、短期間でアーチをサポートするためにインソールや足底アーチサポートを使用することがあります。
- ポイント: インソールを適切に選択し、足底に正しいアライメントを促すようフィッティングします。
8. 視覚フィードバックの利用
- 足部の動きが視覚的に確認できると、患者が正しい体重移動や足底アーチの維持に対する認識が高まります。
- ポイント: 鏡やビデオなどを使用して、自身の歩行や足部の動きを視覚化し、意識的に修正できるようにします。
9. 踵接地の重要性の強調
- 歩行における初期接地（踵接地）での安定性がウインドラス機構に影響するため、踵からの接地動作を確認・強化します。
- ポイント: 患者が踵からの接地を意識して歩行できるようにし、接地から母趾までの流れるような体重移動ができるよう支援します。
10. 自宅での自主練習方法の指導
- ウインドラス機構を日常生活でも活性化させるために、自宅でのトレーニング方法を指導し、持続的に改善を促します。
- ポイント: 自宅でできるシンプルなエクササイズ（例：母趾伸展、タオルギャザーなど）を推奨し、簡単にできるルーチンを提案して続けられるようにします。
これらのポイントを押さえることで、新人療法士はウインドラス機構の機能回復に向けたより効果的なアプローチが可能となり、患者の歩行機能やバランス能力を全体的に改善できることが期待されます。
退院後のリハビリは STROKE LABへ
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STROKE LAB代表の金子唯史が執筆する 2024年秋ごろ医学書院より発売の「脳の機能解剖とリハビリテーション」から
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1981 ：長崎市生まれ 2003 ：国家資格取得後(作業療法士)、高知県の近森リハビリテーション病院 入職 2005 ：順天堂大学医学部附属順天堂医院 入職 2012～2014：イギリス(マンチェスター2回,ウェールズ1回)にてボバース上級講習会修了 2015 ：約10年間勤務した順天堂医院を退職 2015 ：都内文京区に自費リハビリ施設 ニューロリハビリ研究所「STROKE LAB」設立 脳卒中/脳梗塞、パーキンソン病などの神経疾患の方々のリハビリをサポート 2017： YouTube 「STROKE LAB公式チャンネル」「脳リハ.com」開設 現在計 9万人超え 2022～：株式会社STROKE LAB代表取締役に就任 【著書,翻訳書】 近代ボバース概念:ガイアブックス (2011) エビデンスに基づく脳卒中後の上肢と手のリハビリテーション:ガイアブックス (2014) エビデンスに基づく高齢者の作業療法:ガイアブックス (2014) 新 近代ボバース概念:ガイアブックス (2017) 脳卒中の動作分析:医学書院 (2018) 脳卒中の機能回復:医学書院 (2023) 脳の機能解剖とリハビリテーション:医学書院 (2024)
