全身の力学的エネルギー変化の定量を通したスポーツ障害予防法の提案

Research Project

Project/Area Number	20K19521
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 59020:Sports sciences-related
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	川本裕大東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (10828677)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help	¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000) Fiscal Year 2023: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000) Fiscal Year 2022: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000) Fiscal Year 2021: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000) Fiscal Year 2020: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywords	スポーツ障害 / 関節負荷 / 肘関節外反トルク / グラウンドストローク / テニス / 逆動力学 / 負荷 / エネルギー / フォアハンドストローク / バイオメカニクス / モーションキャプチャ
Outline of Research at the Start	スポーツの継続は生活習慣病や介護の予防につながり、増加し続ける医療・介護費を抑制する。ただし、特定の部位に大きな負荷がかかる誤った動作でスポーツを続けると、慢性的な痛みが生じてしまい、日常動作が困難となる場合もあるため、障害の原因を究明しその予防法を確立する必要がある。これまで障害の起きる関節や隣接する関節の使い方に着目して障害の原因が調べられてきたが、動作は全身の各関節の連動により生み出されるため、離れた関節の使い方が障害の原因となっている可能性がある。本研究においては全身の動作解析を通して、関節への負荷が大きくなる原因を明らかにし、介入実験を通して科学的根拠に基づいた障害予防法を確立する。
Outline of Annual Research Achievements	スポーツの継続は生活習慣病や介護の予防につながり、増加し続ける医療・介護費を抑制する。ただし、特定の部位に大きな負荷がかかる誤った動作でスポーツを続けると、慢性的な痛みが生じてしまい、日常動作が困難となる場合もあるため、障害の原因を究明しその予防法を確立する必要がある。これまで障害の起きる関節や隣接する関節の使い方に着目して障害の原因が調べられてきたが、動作は全身の各関節の連動により生み出されるため、離れた関節の使い方が障害の原因となっている可能性がある。そこで、当該年度は全身の動作解析を通して、関節への負荷が大きくなる原因を明らかにすることを目的として研究を行った。前年度の成果として、フォアハンドグラウンドストローク動作中の肘関節での負荷の大きさとインパクト時のラケット速度との間に正の相関関係があることが明らかになった。つまり、ラケット速度を下げることで肘関節の負荷が小さくなる可能性がある。しかし、ラケット速度は競技パフォーマンスに影響するため、ラケット速度を下げずに関節の負荷を下げる方法を明らかにする必要がある。そこで、当該年度においては、各被験者のラケット速度が全被検者の平均と一致するように取得したデータの動作時間を変更して、動作パターンが同じで動作時間が異なる仮想の動作データを生成した。それらのデータに対して再度動作解析を行うことで、同じラケット速度を生み出す動作の中で負荷が大きい動作について検討した。その結果、肩の内旋トルクの最大値が大きい動作で肘の内反トルクや手首の掌屈トルクの最大値が大きいことが明らかになった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度は、関節でのエネルギー変化と関節負荷の関係を解明することを目標としたが、ある関節でのエネルギー変化と、その関節から離れた関節の負荷との間に明確な関係を見つけ出すことはできなかった。しかし、肩関節の内旋トルクの最大値と肘関節の内反トルクや手関節の掌屈トルクの最大値の間に正の相関関係があることを明らかにすることができた。これらの成果を基に負荷を低減する動作の指導に関して研究を進めていくことで、関節の負荷を低減する方法を明らかにすることができる可能性がある。次年度に計画していた、関節の負荷が変化するメカニズムを解明するためには、動作中の諸条件を変更してその効果を検討できるようにする必要がある。そこで当該年度は３次元シミュレーションのプログラムの作成にも着手した。以上より研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
Strategy for Future Research Activity	各被験者のラケット速度が全被検者の平均と一致するように動作時間を変更して動作解析を行うことで、ラケット速度が同じ動作のうち関節の負荷が大きい動作を検討したところ、肩関節内旋トルクが大きい動作について、肘関節や手関節の負荷が大きいことが明らかになった。そこで、今後は肩関節の内旋トルクが大きくなる動作の特徴について、関節で生み出されるエネルギーを含めて検討することで肩関節の内旋トルクと関連する変数を明らかにすることを目指す。また、関節の負荷が変化するメカニズムを解明するためには、動作データの解析により関連する変数を明らかにするだけでなく、動作中の諸条件を変更してそれらの変数を変化させた際に負荷がどのように変化するかを検討する必要がある。そのため、3次元シミュレーションのプログラムを完成させ、関節の負荷が変化するメカニズムについて研究を進める予定である。