負荷の異なる体幹の回転動作における下肢筋群の役割と筋特性の影響

Research Project

Project/Area Number	16K01651
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Research Field	Sports science
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	飯野要一東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (50345063)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help	¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000) Fiscal Year 2018: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000) Fiscal Year 2017: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000) Fiscal Year 2016: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords	筋骨格モデル / 筋特性 / 筋活動水準 / メディシンボール / 体幹回転 / 回転動作 / 下肢 / 歩行 / 体幹 / 筋力推定
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は、負荷の異なる体幹回転動作において、下肢の筋の最大等尺性筋力と無負荷最大短縮速度が筋活動水準に及ぼす影響を明らかにすることであった。本研究から、負荷の異なるスポーツそれぞれに最適なトレーニング方法を考案するための一つの基礎的知見が得られる可能性がある。本年度は、昨年度行った実験の分析を進めた。実験は体幹の回転動作中の下肢筋力が筋骨格モデルと静的最適化アルゴリズムにより、歩行動作と同程度の妥当性をもって推定可能であるかを検証することを目的とした。4名の被験者を対象として、歩行とメディシンボールサイドスローにおいて筋の活動水準の2乗和が最小となるような筋活動水準を筋骨格モデルを用いて推定した。歩行ではおおよそ筋電図波形と一致する筋活動水準のパターンが得られた。一方、メディシンボールサイドスローでは、前脚の中殿筋と大殿筋の筋活動がみられるにもかかわらず、モデルにおいてこれに対応する筋活動は推定されなかった。回転運動の勢いを受け止める前脚で上体を安定化させるために中殿筋と大殿筋の拮抗筋が共収縮していた可能性があり、筋骨格モデルではこの共収縮を予測できなかった可能性が示唆された。したがって、最適化の際にこの共収縮を予測できるような束縛を課す必要があると考えられた。さらに、本研究の主目的である負荷の異なる体幹の回転動作について動作分析実験を行った。被験者は若年男性8名であり、1kg、2kg、3kg、5kg、8kgの質量のメディシンボールのサイドスローを最大努力で行った。来年度は、実験で得られたデータの分析を行い、負荷が異なる体幹の回転動作において筋の最大等尺性筋力と最大短縮速度の各パラメータが筋活動水準に及ぼす影響がどのように異なるかを明らかにする予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 本研究で予定していた実験を現時点ですべて終えることができた。しかし、メディシンボールスローにおいて前脚の股関節で共収縮が起こっている可能性が示唆されたため、この成果を論文として発表する準備に時間を要している。また、筋骨格モデルを用いた筋張力や筋活動水準の推定においては、最大努力で行ったメディシンボールサイドスローを対象としたために生じたと考えられる問題にも直面している。すなわち各被験者の各筋の最大等尺性筋力を推定する妥当な手段がなく、関節の予備トルクが小さくなるような値に試行錯誤的に設定しなければならなかったことである。この値を適切設定しないと、動作を再現する筋活動水準が得られないことがあった。また膝関節の内外転や内外旋の自由度についてもかなりの動きが見られ、同時にそれらの軸まわりのトルクも発揮されているため本来であれば靭帯をモデルする必要があるが、それを予備トルクで代替している点についての検討にも時間を要している。
Strategy for Future Research Activity	まず、これまでの研究結果から明らかにされた前脚の大殿筋と中殿筋とその拮抗筋の共収縮を予測できるような最適化のアルゴリズムを構築する予定である。また、膝の靭帯をモデル化することも検討する。その上で、負荷が異なるメディシンボールスローにおいて筋の最大等尺性筋力と最大短縮速度が筋活動水準に与える影響が負荷によってどのように異なるのかを明らかする予定である。得られた結果をもとに、負荷の異なるスポーツにおける筋力トレーニング方法についてどのようなことが示唆できるか考察する予定である。できるだけ早期に得られた成果を論文として発表する予定である。