脊椎の形成と人体の垂直姿勢の発生過程

ヒトの脊柱は、膜状、軟骨状、骨状と段階的に発達していきます。その構成要素は、胚発生の初期段階で出現します。最初は、椎体の原基は互いに離れており、胚間葉の層によって隔てられています。その後、椎弓が発達し始め、横突起と関節突起が形成され、椎骨はほぼ完全に分化しますが、棘突起はまだ形成されていません。

胎児の脊索は縮小し、椎間板のゼラチン質の核としてのみ保存されます。子宮内発育の初期段階における脊椎の特徴は、椎体の形状が類似していることです。子宮内発育2ヶ月目末には、頸椎のサイズが急激に増加します。新生児においても、子宮内重力の影響を受けないため、腰椎と仙椎の椎体の増加は観察されません。

胎児期には、縦靭帯が椎体の背側に形成される。胎児期の椎間板は間葉組織から形成される。胎児期の脊椎における骨化中心は、まず下部胸椎と上部腰椎に現れ、その後、他の部位にも観察される。

出生後、子どもはすぐに多くの外的影響に苦しみ始めます。そして、その姿勢を形成する最も重要な刺激は重力です。A.ポタプチュクとM.ディドゥール（2001）によると、出生の瞬間から成人に固有の姿勢が形成されるまで、すべての子どもは以下の段階の運動形成を経ます。

• レベルA - うつ伏せになった子どもは頭を上げます。同時に、頸筋緊張反射により、体のバランスと筋緊張の基本的な閾値を確保するレベルが形成されます。
• レベルB - 運動機能の自動性の発達を規定する筋関節結合の形成。この段階は、這うことや座ることを学ぶ段階に相当し、四肢の筋肉の片側、そして多側への連結機構が形成され始め、その後、最適な歩行と立位のステレオタイプが形成される。
• レベル C - 生後 1 年の終わりまでに形成され、子供が既存の運動能力を活用して空間内を素早く移動できるようになります。
• レベルD - 垂直な体勢が形成され、立った状態での筋肉のバランスが最小限の筋肉努力で確保されます。運動形成のレベルが変化すると、脊柱の形状も変化します。新生児の脊柱は、小さな仙骨の湾曲を除いて、生理的な湾曲がほとんどないことが知られています。この時期の頭の高さは、体の長さとほぼ同じです。乳児の頭の重心は、蝶形骨と後頭骨の軟骨結合のすぐ前にあり、頭蓋骨と環椎の関節の比較的前方の距離にあります。後頸筋はまだ十分に発達していません。そのため、重くて大きい（体の他の部分と比較して）頭は前に垂れ下がり、新生児はそれを持ち上げることができません。頭を持ち上げようとすると、6～7週間後に頸椎前弯が形成されます。これは、座位で体のバランスを維持しようとする努力の結果として、その後数か月かけて確立されます。頸椎前弯はすべての頸椎と上部胸椎の2つによって形成され、その頂点は第5頸椎から第6頸椎の高さにあります。

生後6ヶ月で赤ちゃんが座り始めると、胸椎部に後方に凸となる湾曲（後弯）が形成されます。生後1年で赤ちゃんが立ち歩き始めると、腰椎部に前方に凸となる湾曲（前弯）が形成されます。

腰椎前弯は胸椎XI-XIIと腰椎全体に及び、その頂点は第3-4腰椎に一致します。腰椎前弯の形成は骨盤の位置を変化させ、人体の全体重心（GG）を股関節軸より後方に移動させることで、直立姿勢から倒れるのを防ぎます。2～3歳児の脊柱の形状は、腰椎前弯が十分に発現していないことを特徴としており、成人において最も発達します。

仙尾骨弯曲は胎児期に現れます。しかし、直立歩行を試み、腰椎前弯が出現した時点で初めて発達し始めます。この弯曲の形成は、脊椎の自由部を介して仙骨基部に伝達され、仙骨を腸骨の間に挟み込む重力と、仙骨と坐骨の間にある靭帯の引力によって影響を受けます。これらの靭帯は、仙骨の下部を坐骨結節と棘に固定します。これら2つの力の相互作用が、仙尾骨弯曲の発達を決定づける主な要因です。

脊柱の生理的湾曲が形成されると、椎間板の形状も変化します。新生児の椎間板は前後で同じ高さですが、湾曲の形成に伴い形状が変化し、矢状面の軟骨はややくさび形になります。前弯部では、このくさび形の高い方が前方を向き、低い方が後方を向きます。一方、胸椎後弯部では、高い方が後方を向き、低い方が前方を向きます。仙骨部と尾骨部では、脊柱は後方を向いた湾曲をしています。仙骨部の椎間板は一時的な役割しか果たさず、17～25歳で骨組織に置き換わります。その結果、仙骨同士の相対的な可動性が失われます。

脊柱の成長は、生後2年間に特に顕著です。脊柱の長さは最終的なサイズの30～34%に達します。脊柱の各部位の成長は不均一です。腰椎部の成長が最も激しく、次いで仙椎部、頸椎部、胸椎部、尾椎部の成長が最も緩やかです。1歳半から3歳にかけては、頸椎と上部胸椎の成長は比較的緩やかになります。脊柱のさらなる成長は7～9歳で観察されます。10歳になると、腰椎と下部胸椎が急速に成長します。思春期にも脊柱の成長速度の上昇が見られます。

2 歳までは、脊柱の骨部分と軟骨部分の合計の長さが同じ強さで増加しますが、その後は軟骨部分の成長が相対的に遅くなります。

新生児の椎体は、成人の椎体に比べて比較的幅が広く、短いです。3歳から15歳までの小児では、個々の椎骨の高さと幅は、胸椎上部から腰椎下部にかけて、上から下に向かって増加します。これらの差（少なくとも幅の成長に関連する差）は、下に位置する椎骨にかかる荷重の増加に依存します。6歳までに、椎骨の上部と下部、そして棘突起と横突起の先端に独立した骨化点が形成されます。

椎骨全体の成長は、平均して3～6歳まで、高さと幅において同じ強さで進行します。5～7歳になると、椎骨の幅の増加は高さの増加よりやや遅れ、それ以降の年齢では、あらゆる方向における椎骨の成長が増加します。

脊柱の骨化は段階的に進行します。1～2年目には弓状の両側が癒合し、3年目には弓状部と椎体が癒合します。6～9歳になると、椎体の上面と下面、および棘突起と横突起の端部に独立した骨化中心が形成されます。14歳までに椎体の中央部分が骨化します。個々の椎骨の完全な骨化は21～23歳までに完了します。

脊柱のカーブが形成されると、胸腔と骨盤腔のサイズが大きくなり、その結果、直立姿勢を維持し、歩行やジャンプの際の脊柱の弾力性が向上します。

多くの著者によれば、人間の脊柱の形成とその垂直姿勢は、身体全体の重心の高さによって影響を受けます。

共通重心の位置における加齢に伴う特徴は、成長期における生体リンクの大きさの不均一な変化、つまりこれらの身体リンクの質量比の変化によって引き起こされます。また、これらの特徴は、子供が初めて立ち上がった瞬間から老齢期までの各年齢段階において獲得される特徴とも関連しており、老齢期には老化による退縮の結果として、形態学的変化と同時に生体力学的変化も起こります。

G. コズイレフ（1947）によれば、新生児の一般的な重心は、胸椎の第V-VIレベル（包帯をすることで下肢を最大限に伸ばせる位置）に位置します。この重心の頭蓋位置は、新生児の体型の特徴的なプロポーションによって説明されます。

子どもが成長するにつれて、全体の重心は徐々に低下します。例えば、生後6ヶ月の子どもでは、全体の重心は第10胸椎の高さにあります。生後9ヶ月になると、ほとんどの子どもが自立できるようになるため、全体の重心は第11～12胸椎の高さまで下がります。

生体力学的に最も興味深いプロセスは、垂直姿勢への移行です。最初の立位は、すべての筋肉が過度に緊張していることが特徴です。立位姿勢を直接維持する筋肉だけでなく、立位動作に役割を果たさない、あるいは間接的な影響しか及ぼさない筋肉も緊張します。これは、筋肉の分化が不十分であり、必要な緊張調節が欠如していることを示しています。さらに、重心位置が高く、支持面積が小さいことも不安定性を引き起こし、バランスの維持を困難にします。

9ヶ月齢の子供は、矢状面において特異な姿勢を示します。これは、子供の下肢が半屈曲位（9ヶ月齢の子供の膝関節の屈曲角度は162°、1歳児では165°）にあり、体が垂直軸に対してわずかに前方に傾いている（7～10°）ことが特徴です。下肢の半屈曲位は、骨盤の傾斜や股関節の伸展制限によるものではなく、子供が体のバランスを維持することに適応し、予期せぬ違反の可能性を排除し、転倒の安全性を確保しているためです。この年齢での特異な姿勢の出現は、主に立つための固定されたスキルの欠如によって引き起こされます。このようなスキルが習得されるにつれて、体の静的安定性の不確実性は徐々に解消されます。

2歳になると、子どもはより自信を持って立ち、支持領域内での重心移動がより自由になります。体の全体的な重心の高さは、第一腰椎の高さに位置します。下肢の半屈曲は徐々に消失します（膝関節の屈曲角度は170°に達します）。

3歳児の立位姿勢は、体が垂直で、下肢がわずかに曲がっていることが特徴です（膝関節の屈曲角度は175°）。脊柱部では、胸椎後弯と腰椎前弯の出現が明確に観察されます。体全体の重心の水平面は、第2腰椎の高さにあります。足の縦軸は、成人と同様に約25～30°の角度を形成します。

5歳児の姿勢では、下肢の半屈曲の兆候はもはや見られません（膝関節の角度は180°）。全体的な重心の水平面は、第3腰椎の高さにあります。その後の年齢では、身体の重心の位置は主に徐々に低下し、矢状面におけるより安定した制御へと変化します。

身体の老化の結果、筋骨格系には解剖学的、生理学的、生体力学的変化が起こります。

G. コズイレフ (1947) は、最も特徴的な形態学的および生体力学的特徴を持つ 3 つの主要な姿勢タイプを特定しました。

老年期の姿勢の第一のタイプは、重心の急激な前方移動を特徴とします。重心は矢状面が下肢の3つの主要関節の中心よりも前方に位置するほどです。主に足の前部で支えられ、頭部は前傾し、頸椎前弯は平坦化しています。頸部と胸部の下部では、急激な後弯が見られます。下肢は膝関節で完全に伸展されていません（屈曲角度は172～177°）。

2つ目のタイプの老年期姿勢は、重心の後方移動を特徴とします。重心の矢状面は股関節中心の後ろを通過し、腸骨大腿靭帯の張力を利用して股関節を受動的に閉じます。胴体は後方に傾き、下がった腹部は前方に押し出されます。脊柱は「丸い背中」のような形状になります。

3つ目の姿勢は、体幹が前方にも後方にも傾かず、全体的に体がたるんでいるのが特徴です。まるで重力が体を垂直軸に沿って圧縮しているかのようです。その結果、頸椎弯曲の増加により首が短くなり、胸椎後弯の増加により体幹が短くなり、3つの主要関節の屈曲により下肢が短くなります。全体的な重心の矢状面は股関節の中心から後方に伸び、膝関節の中心の後ろから、または膝関節の中心を通って股関節を受動的に閉じます。その結果、最後の2つの関節は能動的にしか閉じることができません。

高齢者や痴呆症の人を診察する場合、最初に注目されるのはその姿勢であり、顕著な頸椎前弯、腰椎前弯、胸椎後弯が特徴であることが多いです。

高齢者や老齢期の人では、脊柱後弯が進行し、徐々に背中が丸くなり、頸椎と腰椎の弯曲も進行します。正常な静的負荷であっても、胸椎後弯は生涯にわたって進行します。凹面側に静的負荷（過負荷）が長期間かかると、椎間板に変化が生じ、固定された湾曲（加齢性過弯曲）が形成され、様々な悪影響が生じます。ポドルシュニャクとオスタプチュク（1972）は、脊柱の生理学的湾曲のレントゲン写真の分析に基づき、高齢期に特有の5つの姿勢タイプを特定しました。

1. 変化なし、胸椎湾曲角度は159°以上。
2. 前かがみ、胸椎角度は159～151°。
3. 脊柱後弯症では、胸部の湾曲角度は151°未満、腰部の湾曲角度は155〜164°です。
4. 脊柱後弯-脊柱前弯の場合、胸部の湾曲角度は腰部の湾曲角度の 151% 未満、つまり 155° 未満です。
5. 後弯扁平の場合、胸部の湾曲角度は15°未満、腰部の湾曲角度は164°以上です。

著者らは、加齢とともに、胸椎の矢状面での湾曲の変化が最も顕著に見られ、頸椎ではそれが顕著で、腰椎では変化はやや少ないことを発見した。

60歳までは、女性に側弯症、胸椎後弯症、頸椎前弯症、腰椎前弯症が多く見られます。加齢とともに、直立姿勢で姿勢が変化しない人の数は急激に減少し、後弯症の人の数は増加します。

加齢に伴って生じる脊柱の構造と機能のさまざまな変化の中でも、椎骨の変位やねじれは特別な位置を占めており、加齢とともにその検出頻度と重症度が増します。

オスタプチュク（1974）によると、胸椎および腰椎の捻転は、男女ともにほぼ健康な人の半数以上に見られ、加齢とともにその頻度は増加します。多くの場合、脊椎の捻転は前額面の湾曲と組み合わさっており、その方向は側弯症の形態と密接に関連しています。

加齢に伴って生じる捻転は、最長筋の機能不全と密接に関連しています。捻転は、脊柱の捻転と側方弯曲の組み合わせによって悪化します。最長筋の捻転と機能不全は、脊柱のジストロフィー性破壊過程を背景に発生し、加齢とともに人の静的および動的特性への悪影響を増大させます。

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