剛体モデルによる筋張力の推定 例3

片足立位で重心を足の前方（中足骨あたり）で保持した時に下腿三頭筋が発揮する張力の大きさは？

この例では段差に片足のつま先を乗せ立位を保持しているところを想像します。この時に強く収縮する下腿三頭筋（腓腹筋とヒラメ筋）の張力を推しはかります。
下腿三頭筋は足関節の底屈に関わります。足関節を回転軸とした、足部の剛体モデルを考えます。

この「足部」は足関節だけで回転します。回転の中心となる「軸」は足関節です。

下腿三頭筋の走行を考慮して作用線を描きます。下腿三頭筋は踵骨隆起と脛骨後面、大腿骨内側上顆、外側上顆後面にある筋です。

股関節運動の剛体モデルを単純化して、計測してわかる、あるいは、推定してわかる値を書き加えてみます。

今回は足部の重心位置に足部の重量による力がかかるだけでなく、段差と接する中足部付近に床からの反力を受けます。反力の大きさは片足立ちであれば、体重分だけの力です。体重５０kgの人を想定しています

足関節を回転の中心とし、時計回りの回転方向をプラスとします。モーメントのつり合い式を立てて下腿三頭筋の張力を推定します。
5 cm × F + 8 cm × 1 kg - 18 cm × 50 kg ＝ 0
これを解いて、
F＝178.4 kg

下腿三頭筋の張力Fは178.4kg（約1780N）と推測されました。

体重５０kgの人の想定で、その３倍以上の力を下腿の筋が生み出していることになります。また、関節にかかる力は、力のつり合いより、
178.4kg －1 kg + 50 kg ＝ 227.4kg となります。足関節にかかる荷重は体重の4倍に相当します。

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