オリンピック選手は使う筋肉がちがう!?　
研究の起点は、マット運動の前方倒立回転跳びの筋電図

スポーツ選手の動きを見て、その能力の違いを判定することはできるものなのでしょうか。経験者と初心者を比べる！というのであれば見分けがつくかもしれません。けれども、ある程度のキャリアを持った選手どうしの微妙な差を見分けるのは、その選手たち以上の技量を持った人以外には至難の業のように思われます。

市谷准教授は、体操選手が前方倒立回転跳び（以下、ハンドスプリング）をした際の筋電図を分析。競技成績によるカテゴリー別で比較することで、体操選手なら誰でもできる回転系の基本運動も、筋電図による解析では、それぞれの熟練度によって使用されている筋肉が異なるという結果を導き出しました。

ハンドスプリングの着手時における上腕部の筋において、最も熟練度が高いと考えられるオリンピックや世界選手権に出場した選手は上腕三頭筋長頭を主に使い、上腕二頭筋長頭はほぼ使っていません。これに対し、国内レベルにある選手は、上腕三頭筋長頭ではなく、上腕二頭筋長頭を主として使っていることが明らかになりました。

ハンドスプリングという腕の押上げで動作を行う同じ運動にもかかわらず、スキルが上がるほど上腕三頭筋長頭を使い上腕二頭筋長頭を使わない動作となることが分かったのです。

また筋電図だけでなく、ハイスピードカメラの映像による姿勢とフォースプレートから得られた床反力値、さらに出力方向を重ね合わせると、ハンドスプリングの着手時における出力方向は、肩と手首を結んだ線aと肘と手首を結んだ線bの間で行われており、出力方向がaに近づくにつれ上腕三頭筋長頭の比率が高くなることがわかりました。

この分析をきっかけに、筋活動の変化を姿勢と出力方向の違いから読み解き、一流選手ならではのトップレベルの技を解明し、一般の選手に落とし込むという市谷准教授の研究が始まりました。

バスケットで決まりやすいシュートとは!?　
ポイントは、肩と手首を結んだ線！

一般にスポーツ現場などでは、パフォーマンスを向上させるためのコツを指導する際、見本を見せながら「こんな感じ」とあいまいに表現されているのが実情です。「この筋肉を使って」「こちら側の筋肉をイメージして」と言いながら、実際にその筋肉をどう使う（収縮させる）のかは不明確で、中途半端な指導になっていることが多いのです。

市谷准教授は、このあいまいなコツや身体部位の活動を科学的にとらえ直し、分析しています。現在、新たな視点から分析しているのが、バスケットボールのシュート時の「姿勢とボールの投射角度」と「筋活動」の関係です。

研究では、姿勢に応じて変化をする「身体部位を結んだ線」を基本の出力方向として、その基本の出力方向に「投射方向（角度）」を当てはめてグループ化し、グループごとの筋活動を分析。その結果、バスケットボールのシュートは、他のスポーツ競技に多い「肩と手首を結んだ線（a線）」と「肘と手首を結んだ線（b線）」の範囲だけでなく、「肩と手首を結んだ線（a線）」と「肩と肘を結ぶ上腕と平行の線（ｆ線）」の範囲という２つの範囲でシュートがなされていることを発見しました。また、ボールの軌跡（出力方向F）がa線から離れれば離れるほど、シュートが決まりにくくなること。さらに使用する筋肉という面からは、a-fの範囲では、肩関節に関与する三角筋前部と三角筋後部が徐々に活動比率を変化させており、a線に近づくにつれて三角筋前部が主として力を発揮することを科学的に明らかにしました。

選手のシュートフォームは各人で異なり、人の数だけシュートフォームが存在します。また特定の筋肉を意識してシュートすることは非常に難しく、シュートの姿勢によっても意識すべき筋肉は変わってきます。しかし、肩と手首とを結んだ線だけに意識を集中すると、その線上に向けての動作を行うことは容易となり、しかもその結果、おのずと特定の筋肉が活動することとなります。この理論は、理解しやすく再現性も高いため、効果的なパフォーマンス向上が期待されます。

市谷准教授は、本学バスケットボール部の監督・部長。研究成果が練習に反映されれば、本学バスケ部が強くなるだけでなく、バスケットボール界の指導法や練習法そのものが大きく変わる可能性があると考えています。

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女性選手に起こりやすいACL損傷　
予防に必要なのは、Knee-inを抑えること

森下特任講師は、Knee-inを制動し、「安全な着地姿勢」に誘導するストラップを開発中です。その素材として、高い伸張性と弾性を持つスチレン系エラストマーに着目。エラストマーを使って考案したのが、筋肉の走行を模して作成した弾性ストラップです。鍛えることでKnee-inを予防し、損傷を起こしにくくしてくれる筋肉を、ストラップで補強するという発想で、異なるタイプのモデルを試作しました。

試作モデルの効果を比較するため、Knee-inが顕著な女子大学生が試作品を装着しました。３次元動作解析装置でジャンプ着地動作を分析し、Knee-inを制動できているかを評価・検証しました。

直線から螺旋、さらに二重螺旋型を試作！　
実用化をめざして、フィールドでの検証も開始予定

試作品は、靭帯や筋肉の走行に合わせて２つのタイプを作成しました。１つめは「直線型弾性ストラップ」です。太ももの外側にある腸脛靱帯に似せて作成しました。腸脛靱帯には、股関節の内転を抑える働きがあり、ストラップでその働きを制動するのがねらいです。２つめは「螺旋型弾性ストラップ」です。お尻の最も大きな筋肉である大殿筋と、骨盤の外側から膝の内側に走る帯状の縫工筋の形に合わせて作成したものです。この２つの筋肉には、股関節の内旋を抑える働きがあり、ストラップでその機能を強化するのがねらいです。

ストラップの効果を検証する実験では、それぞれの試作品を着用し、ジャンプして着地するという動作を前後左右と上から撮影しました。３次元動作解析の結果、「直線型」に制動効果はなく、着地時にknee-in姿勢になっていることが分かりました。これに対し、「螺旋型」は着地時にＫnee-in姿勢を防いでいることが分かりました。ただし、横からの着地動画からは、衝撃を吸収しきれず体幹と下腿の前傾角度が減っている様子が確認されました。

そこで、森下特任講師は３つめに「二重螺旋型弾性ストラップ」を試作。衝撃吸収力をアップするために太ももを二重に螺旋し、体幹と下腿が前傾するように改良しました。さらに、ストラップを両脚に装着することで、体幹が前から見てまっすぐになるよう工夫を重ねました。

素材の選定から、Knee-inを予防する最適な形状を特定し、結果を得るまでに5年。今後は実用化をめざし、ハンドボールやバスケットボール、バレーボールなどの競技で検証していく予定です。

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