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Foot Core System 神経系、能動系、受動系が相互に作用し、地面や足部状態 の変化に対応するための安定性と柔軟性を提供する。 Neural Subsystem ・Musculotendinous Receptors ・Ligamentous Receptors ・Plantar Cutaneous Receptors Neural Passive Passive Subsystem Active Active Subsystem ・Bones of the arches ・Intrinsic Foot Muscle（Local stabilization) ・Plantar Facia ・Extrinsic Foot Muscle (Global Movers) ・Ligaments Patrick O Mckeon.The foot core system:a new paradigm for understanding intrinsic foot muscle function.BMJ 2015;49:290
Neural Subsystem 足底の筋や靭帯には多くの固有受容器が存在し、組織の伸長や緊張、圧力に反応する。固有受容器は取り巻く 神経終末によって脊髄を介して脳へ信号を送り、関節が空間のどの位置に存在するかを認識させてくれる。
Neural Subsystem 浅腓骨神経 長腓骨筋 短腓骨筋 深腓骨神経 Course and Motor Distribution 脛骨神経 内側足底神経 短趾屈筋 短母趾屈筋 前脛骨筋 第3腓骨筋 脛骨神経 下腿三頭筋 足底筋 膝窩筋 後脛骨筋 長趾屈筋 長母趾屈筋 内側頭 第1-2虫様筋 長趾伸筋 長母趾伸筋 母趾外転筋 外側足底神経 短母趾屈筋 足底方形筋 小趾外転筋 短小趾屈筋 小趾対立筋 第3-4虫様筋 底側骨間筋 背側骨間筋 母趾内転筋 外側頭
Nerves of the Ankle joints Anterior aspect 深腓骨神経 Deep peroneal.n 腓腹神経 Posterior aspect 腓腹神経 伏在神経 脛骨神経 Saphenous Tibial nerve Sural nerve nerve Sural nerve Lateral aspect 深腓骨神経 腓腹神経 Sural nerve Deep peroneal.n Medial aspect 深腓骨神経 Deep peroneal.n 伏在神経 Saphenous nerve 脛骨神経 Tibial nerve
Nerves of the Subtalar joints Lateral aspect Medial aspect 腓腹神経 Sural nerve 深腓骨神経 脛骨神経 Deep peroneal.n Tibial nerve 内側足底神経 深腓骨神経 Deep peroneal.n fi Sarra an's anatomy of the foot and ankle :Wolters Kluwer Health/Lippincott Williams & Wilkins, 2011
Nerves of the Tarsus Tarsometatarsal joints Dorsal aspect 腓腹神経 Plantar aspect 浅腓骨神経 外側足底神経 Super cial peroneal.n Lateral plantar nerve Sural nerve 深腓骨神経 内側足底神経 Deep peroneal.n Medial plantar nerve fi fi Sarra an's anatomy of the foot and ankle :Wolters Kluwer Health/Lippincott Williams & Wilkins, 2011
足部の末梢性皮膚神経支配とデルマトーム 伏在神経 外側腓腹皮神経 L4 腓腹神経 L4 S1 脛骨神経 内側踵骨枝 腓腹神経 浅腓骨神経 S1 外側足底神経 （脛骨神経） 深腓骨神経 内側足底神経 （脛骨神経） L5 L5
皮膚機械受容器のタイプ 皮膚の機械受容器 受容野小さい タイプⅠ型 受容野大きい タイプⅡ型 順応速い Fast adapting FAⅠ FAⅡ 順応遅い Slowly adapting SAⅠ SAⅡ
皮膚求心性受容野の相対的な大きさと位置 FAⅠ FAⅡ SAⅠ SAⅡ ff Nicholas D.J.Strzalkowski, Thresholds of cutaneous a erents related to perceptual threshold across the human foot sole. J Neuropysiol.2015 Oct;114(4):2144-51.
皮膚求心性受容野の発火閾値と知覚閾値 FA 発火閾値 知覚閾値 知覚されやすい SA 発火閾値＞知覚閾値 知覚されにくい ff Nicholas D.J.Strzalkowski, Thresholds of cutaneous a erents related to perceptual threshold across the human foot sole. J Neuropysiol.2015 Oct;114(4):2144-51.
皮膚力学と足底感覚の関係 Toes Met アーチ部 他部位より硬度が低く 発火・知覚閾値が低い Arch Heel 知覚されやすい ff Nicholas D.J.Strzalkowski, Thresholds of cutaneous a erents related to perceptual threshold across the human foot sole. J Neuropysiol.2015 Oct;114(4):2144-51.
足底の部位における疼痛閾値 1st Digit 1st MP joint Heel MP関節部が疼痛閾値が低い S E Robbins,Running-related injury prevention through innate impact-moderating behavior.Med Sci Sports Exerc.1989 Apr;21(2):130-9.
脂肪組織の力学的特性 脂肪組織の厚み 1st Digit 1st MP joint 脂肪組織厚に対する変形の深さ 7.25mm 89.５％ 5.25mm 221％ ９kgの荷重 Heel 13.75mm 84％ S E Robbins,Running-related injury prevention through innate impact-moderating behavior.Med Sci Sports Exerc.1989 Apr;21(2):130-9.
脂肪組織の力学的特性 Metatarsal fat pad Heel fat pad 中足骨頭部の脂肪組織は柔軟で被弾性の膜が緩く繋がっ ているため、荷重に対して変形を許容する 踵の脂肪組織は柔軟で被弾性の膜できつく結びつくため 荷重に対して変形しにくい S E Robbins,Running-related injury prevention through innate impact-moderating behavior.Med Sci Sports Exerc.1989 Apr;21(2):130-9.
Plantar Cutaneous Receptors メルケル触盤 SAⅠ 18％ マイスナー小体 FAⅠ 48％ ルフィニ小体 SAⅡ 21％ パチニ小体 FAⅡ 13％ 足底に存在する機械受容器の中で最 も多いのは、順応が速く、需要野が 小さいFAⅠ NicholasD.J.Strzalkowski,2018 Cutaneous afferent innervation of human foot sole:what can we learn from single-unit recordings?
Plantar Cutaneous Receptors 23.1％ 6.3％ 6.6％ 4.9％ 9.3％ 19.5％ 7.4％ 7.7％ 機械受容器の部位別割合 ①足趾 ②外側アーチ部 ③踵 15.1％ NicholasD.J.Strzalkowski,2018 Cutaneous afferent innervation of human foot sole:what can we learn from single-unit recordings?
Plantar Cutaneous Receptors 高い 高 低 高 低 低い 受容器の密度は前後ではつま先部分に高く、中足骨頭部、アーチ部分では外側が高い NicholasD.J.Strzalkowski,2018 Cutaneous afferent innervation of human foot sole:what can we learn from single-unit recordings?
Plantar Cutaneous Receptors 足底皮膚感覚のみを低下させ、 その他の固有受容器は温存。 Anesthesia Anesthesia 通常の歩行では有意な影響なし。 閉眼歩行、片足歩行のみCOP C O P 速 度 U P COP速度UP 速度に影響する。 前足部の感覚は内側の姿勢制御に 影響を与える。 踵部の感覚は前後方向の姿勢制御 に影響を与えるかもしれない。 参考文献 Meyer PF,Oddsson LI,De Luca CJ.The role of plantar cutaneous sensation in unperturbed stance.Exp Brain Res 2004;156:506-12
足底の刺激部位と筋活動の関連性 促通 抑制 長腓骨筋 内側腓腹筋 前脛骨筋 Zehr EP,Cutaneous stimulation of discrete regions of the sole during locomotion produces "sensory steering" of the foot.BMC Sport Sci Med Rehabil2014 Aug 8;6:33.
足底の刺激部位と歩行周期の関連性 PL 遊脚→ 立脚 立脚期 MG 荷重 踵 TA 荷重 母趾球 荷重 小趾球 ROM Inversion/ eversion ↑ ↑ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ i ↑ ↓ ↑ ↓ i ↑ ↓ ↓ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ROM Dorsi exion/ plantar exion ↓ e 立脚→ 遊脚 遊脚期 ↑ ↓ ↑ ↓ i i e e e p d d p p fl fl Zehr EP,Cutaneous stimulation of discrete regions of the sole during locomotion produces "sensory steering" of the foot.BMC Sport Sci Med Rehabil2014 Aug 8;6:33.
Sensory steering 刺激に対する舵取り Plantar exion Heel stimulation Dorsi exion Forefoot stimulation fl fl Zehr EP,Cutaneous stimulation of discrete regions of the sole during locomotion produces "sensory steering" of the foot.BMC Sport Sci Med Rehabil2014 Aug 8;6:33.
Sensory steering 刺激に対する舵取り Inversion 内がえし Medial stimulation Eversion 外がえし Lateral stimulation Zehr EP,Cutaneous stimulation of discrete regions of the sole during locomotion produces "sensory steering" of the foot.BMC Sport Sci Med Rehabil2014 Aug 8;6:33.
足底反射のメカニズム Toes Ankle Knee Hip Trunk Toes 伸展 背屈 屈曲 屈曲 屈曲 Met 〜Arch 屈曲 背屈 屈曲 屈曲 屈曲 Heel 屈曲 底屈 屈曲 屈曲 屈曲 Bottock 屈曲 底屈 屈曲 伸展 伸展 刺激 部位 Toes 反射 動き Met Arch Heel 電気刺激（疼痛刺激）に対する足底反射の動き 健常者では刺激の部位によって反応が変化する fl Eric Kugelberg, An electromyographic study of the nociceptive re exes of the lower limb. Mechanism of the plantar responses.Brain.1960 Sep;83:394-410.
足底反射のメカニズム Toe Met -Arch Heel Buttock fl Eric Kugelberg, An electromyographic study of the nociceptive re exes of the lower limb. Mechanism of the plantar responses.Brain.1960 Sep;83:394-410.
足底反射のメカニズム 錐体路障害があると 刺激部位に関わらず 同じパターンの運動になる fl Eric Kugelberg, An electromyographic study of the nociceptive re exes of the lower limb. Mechanism of the plantar responses.Brain.1960 Sep;83:394-410.
足底反射のメカニズム 筋 活 動 短 趾 刺 伸 激 筋 部 位 短 母 趾 伸 筋 骨 間 筋 Met~ Arch ー ー ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ Toes ＋ ＋ ＋ ー ー ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ー ー ＋ ＋ ＋ ＋ 錐体路 障害 Met~ Arch 短 趾 屈 筋 短 母 趾 屈 筋 長 趾 伸 筋 長 母 趾 伸 筋 前 脛 骨 筋 長 腓 骨 筋 長 趾 屈 筋 長 母 趾 屈 筋 ー ー 内 転 筋 大 腿 筋 膜 張 筋 大 臀 筋 腹 筋 群 脊 柱 起 立 筋 腓 腹 筋 ヒ ラ メ 筋 半 膜 様 筋 大 腿 直 筋 大 腿 広 筋 群 ー ー ー ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ー ＋ ＋ ー ＋ ー ー ー ー ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ー ＋ ＋ ー ＋ ー 半 腱 様 筋 大 腿 二 頭 筋 縫 工 筋 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ fl Eric Kugelberg, An electromyographic study of the nociceptive re exes of the lower limb. Mechanism of the plantar responses.Brain.1960 Sep;83:394-410.
皮膚機械受容器 メルケル終末 SA-Ⅰ マイスナー終末 FA-Ⅰ ゆっくりと適応 高速で適応 局所的な受容野 局所的な受容野 低周波(<~５Hz )に敏感 周波数(5~50Hz )に敏感 動的な皮膚変形に敏感 動的な皮膚変形に敏感 静的な力に対して敏感 静的な力に対して鈍感 ルフィ二終末 SA-Ⅱ パチニ終末 FA-Ⅱ ゆっくりと適応 高速で適応 広域な受容野 広域な受容野 皮膚の張力を感知 高周波(40~400Hz )に敏感 動的な皮膚変形に鈍感 振動に極めて敏感 静的な力に対して敏感 静的な力に対して鈍感 Roland S.Properties of cutaneous mechanoreceptors in the human hand related to touch sensation.1984Human Neurobiology 3(1):3-14
手掌の皮膚機械受容器 Contact Lift 発火のタイミング Hold Replace Release FA-Ⅰ SA-Ⅰ FA-Ⅱ SA-Ⅱ SA-Ⅱ Roland S.Properties of cutaneous mechanoreceptors in the human hand related to touch sensation.1984Human Neurobiology 3(1):3-14
手掌の皮膚機械受容器 メルケル終末 中央値 11.0㎟ SA-Ⅰ ルフィ二終末 59㎟ SA-Ⅱ 受容野 マイスナー終末 12.6㎟ FA-Ⅰ パチニ終末 FA-Ⅱ 101㎟ Roland S.Properties of cutaneous mechanoreceptors in the human hand related to touch sensation.1984Human Neurobiology 3(1):3-14
手掌の皮膚機械受容器 メルケル終末 0 40 80 SA-Ⅰ 120 ルフィ二終末 0 40 80 SA-Ⅱ 120 密度 マイスナー終末 0 40 80 FA-Ⅰ 120 パチニ終末 0 40 80 神経支配密度 FA-Ⅱ 120 units/㎠ Roland S.Properties of cutaneous mechanoreceptors in the human hand related to touch sensation.1984Human Neurobiology 3(1):3-14
手掌の皮膚機械受容器 発火閾値と知覚閾値 知覚されやすい 知覚閾値が高い部位 FAⅠ+FAⅡ 発火閾値 知覚閾値 知覚されにくい 手掌中央、指の側面 SAⅠ+SAⅡ 発火閾値＞知覚閾値 Roland S.Properties of cutaneous mechanoreceptors in the human hand related to touch sensation.1984Human Neurobiology 3(1):3-14
皮膚機械受容器 有毛部と無毛部の違い 有毛部(橈骨神経領域) 無毛部(正中神経領域) FAⅠ FAⅠ FAⅡ FAⅡ SAⅠ SAⅠ SAⅡ SAⅡ SAⅢ SAⅢ 0 10 20 30 40 50 ％ 0 10 20 30 40 50 ％
皮膚機械受容器 有毛部のSA受容器 有毛部のSA受容器 SAⅠ 高感度な領域を複数持つ ◉ 小さくシャープに区分された受容野 ◉ SAⅡ SAⅢ ◉ SAⅠ 全方向性の歪み感度 歪みに対する高感度 規則的なスパイク感覚 ◉ SAⅡ ◉ ◉ ◉ ◉ ◉ SAⅢ SAⅠ•SAⅡ２つの特性を併せ持つ 関節の動きに対して感度がある
皮膚機械受容器 有毛部のSA受容器 外側大腿皮神経 SAⅠ 21.7% SAⅡ 8.6% SAⅢ 69.6% 他動的に膝を屈曲 SAⅢ求心性神経は膝関節 の動きに関する忠実度の 高い情報を中枢神経に提 供すると言われている。 皮膚の動きにより SAⅢが発火
腕神経叢の軸索構成要素 感覚性軸索：運動性軸索 9：１ Gesslbauer B, Axonal components of nerves innervating the human arm. Ann Neurol. 2017 Sep;82(3):396-408.
部位別 腕神経叢の軸索構成要素 神経根 C5 C6 C7 C8 T1 Total 神経束 外側神経束 内側神経束 後神経束 末梢神経 起始部 腋窩神経 橈骨神経 筋皮神経 正中神経 尺骨神経 運動性軸索の割合％ 11.75% 6.48% 5.80% 5.94% 4.31% 6.35% 4.58% 5.20% 8.93% 9.44% 6.74% 6.41% 5.61% 6.66% Gesslbauer B, Axonal components of nerves innervating the human arm. Ann Neurol. 2017 Sep;82(3):396-408.
部位別 腕神経叢の軸索構成要素 末梢神経 上腕-前腕 運動性軸索の割合％ 橈骨神経 上腕中間部 7.13% 橈骨神経 外側上顆部 8.83% 尺骨神経 前腕中間部 3.88% 正中神経 前腕中間部 1.27% 末梢神経 手首 尺骨神経 4.66% 正中神経 1.13% Gesslbauer B, Axonal components of nerves innervating the human arm. Ann Neurol. 2017 Sep;82(3):396-408.
純粋な運動神経・感覚神経の軸索構成要素 純粋な運動神経 運動性軸索の割合％ 純粋な感覚神経 運動性軸索の割合％ 胸背神経 15.16% 内側上腕皮神経 0% 副神経 23.24% 純粋な運動神経では、腕神経叢に比べて運動性 軸索の割合が大きい。 さらに、横隔膜や僧帽筋などの呼吸や頸部体幹 横隔神経 27.55% を動かす神経よりも広背筋など上肢を動かす 胸背神経の方が運動性軸索の割合が小さい。 Gesslbauer B, Axonal components of nerves innervating the human arm. Ann Neurol. 2017 Sep;82(3):396-408.