Sprinting Stride Actions: Analysis and Evaluation

Don Chu, PhD., CSCS
Remi Korchemny, PhD,
Ather Sports Injury Clinic, Castro Valley, California

支持局面

支持局面は、接地から始まり、そこでブレーキングが起こる｡脚が地面に近づいていくと（図1）、膝の伸筋（大腿四頭筋）と屈筋（ハムストリング）は、膝をわずかに屈曲した状態（約170°）で固定する｡足関節の背屈筋群は、足底屈筋群とともに足関節を安定させ、足関節は少し下向きになり、地面へ向かう（約110°足底屈）｡効率よい接地のために、接地時のつま先と身体重心の間の水平距離はおよそ38〜48cmでなければならない｡接地時の膝の角度は170°より伸ばす必要はない。水平線に対するつま先と股関節のアライメントの角度は、60〜70°（上体の傾きの角度）程度にする｡

前方への脚のスイングを減速するために、股関節伸筋と膝の屈筋は、エキセントリックに活動する｡その後、膝の伸筋と共にアイソメトリックに活動して膝関節を固定し、カタパルトアクション（投石器動作）によって、足関節の早い角速度を身体重心へと伝えることのできる固いレバーを形成する｡ヒンジモーメントに対する角速度は、80°/秒から0.09秒に75°（エリートスプリンターの場合）まで変化する｡接地により、脚は地面からの着地衝撃を受け、重力に抵抗して仕事をする（図2）｡股関節と膝には屈曲させる力が、足関節には背屈させる力がかかる｡この局面で、股関節および膝の伸筋と足底屈筋は、重力に負けて強く引き伸ばされ、エキセントリックに活動する｡これによって、弾性エネルギーが貯蔵され、次の動作に利用することができる。

股関節、膝、および足関節の筋が強いほど、償却局面でスプリンターが過度に下へ沈むことを防ぐことができる｡これにより、スプリンターが重心を素早く上昇させることが可能になる｡重心の軌跡の振幅における最下点は、接地局面と償却局面との間で、低く沈み過ぎてはならない。股関節と膝の屈曲は、それぞれ140〜150°、145〜155°程度にする｡

Ralph Mannのバイオメカニクス的な分析によると、エリートスプリンターは、水平方向の速度が速くなるに連れて、大きな垂直方向の力積を発揮する｡エリートスプリンターは、短い時間に、より大きな垂直の力を出さなければならない（0.09秒に約156kg）ため、強い筋力が必要である｡

100mを10秒2で走るスプリンターの場合、股関節伸筋で体重の3倍、股関節屈筋で1.2倍、膝関節伸筋で2.1倍、足底屈筋群で3倍、そして体幹の伸筋で2.7倍の力を発揮しなければならない｡これに加え、動作中のセグメントを減速、停止するために、非常に強いエキセントリック筋活動が必要になる｡米国エリート男子ジュニアスプリンターの筋力測定では、膝伸展のエキセントリック筋力のピークトルクは約650±70N、膝屈曲のエキセントリック筋力のピークトルクは約1000±200Nであり、膝伸展との割合は、約1：1.15であった｡また、スタンディングジャンプで約3m跳べることと、体重の50%のウェイトでのパラレルスクワットを5レップ、5秒以内でできることが瞬発力の指標となる。

身体重心が支持面を通過するとすぐに、脚の筋活動はエキセントリックからコンセントリックヘと変換する ｡このポイントから、筋は、前方へ移動している重心を鉛直方向に加速する｡支持局面の最後は推進動作であり、ここでの地面反力が身体を水平方向に加速する（図3）｡

テイクオフ動作の間、選手は能動的に足関節を底屈させる｡足関節の伸展／屈曲動作は、35〜38°の範囲で行う｡また、股関節と膝関節は伸展を続け、膝が完全に伸展する前に（膝関節は約170°）、足が地面から離れる｡これによって、重心を小さい角度（2〜3°）で空中へ投げ出し、軌跡の高さを抑えることができる｡この動作は、後方へのキックとスイング動作のスピードを増加させる｡地面を離れた後は、能動的に着地の準備をする｡

 

滞空局面の前半は、ストライド軌跡における最高点に重心が達する時点までであり、後半は、最高点から重心が下降して足が接地するまでである｡テイクオフ後、支持脚は後方へ移動して最大伸展の状態に達し、前方にスイングした脚は、最適な屈曲位まで移動する（地面反力の慣性と、スイングの前方への運動量によって）｡

その後、後ろ脚は折りたたまれ、接地へと向かう前脚の方向へ移動し始める｡脚を、効率よく速く回転させるために、償却局面全体を通して、脚を折りたたんだ状態を保つ（膝の角度は約30°）｡これらの動作は、支持局面における圧縮、解放の力を増大させる（図4）｡

滞空局面

スイングしている脚が前後に動くとき、その運動量は支持脚にかかる力を増大させる（図5）｡支持脚が垂直面を通過するとき、スイングしている脚は前方および上方へと動き始める｡そのバリスティックな運動量は、重心の前方への加速を補助する｡これらの動作をコントロールするために、償却局面の間、折りたたんだスイング脚の足部を円軌道で移動させ、支持脚の膝と同じ高さまで引き上げる｡

運動の第一法則によると、身体は、力が相互に作用した結果として移動する。ランニングにおける主な力は、重力、環境的な外力（空気抵抗、摩擦など）、および地面反力に対抗するための仕事として発揮される｡スプリントでは、これらの力によって筋が大きく伸張される。スピードが上がるにつれて、外力と重力が身体スピードに及ぼす影響が大きくなる｡例えば、5m/秒から11m/秒までスピードを上げた場合、身体の大きさにもよるが、身体にかかる抵抗力は約4〜5倍になる｡重力は、水平移動のスピードではなく、スプリント動作における力の方向に影響を及ぼす｡支持局面における垂直方向の動きの振幅があまりにも大きい場合（6cm以上）、支持局面の時間が延長し、空中軌跡の距経が減少する｡支持局面の時間の延長によって、脚の切り返しのスピードが減少し、最終的にストライド長が減少してしまう｡

パフォーマンスを完成させる

活動筋のパフォーマンスを最大にするためには、筋収縮について理解する必要がある｡動員される運動単位の数によって、利用されるエネルギー量が決定する｡筋収縮のスピードは非常に速く、その特性は非常に多様であるため、人間は自分の筋活動をすべてコントロールすることはできない｡ストライド動作をすべて計算するためには、非常に大きな容量のコンピュータを用いなければならないだろう｡しかし、選手はパフォーマンスを完成するために、自分の動作と力について研究するべきである｡

研究によって、ストライド動作に動員される下肢の筋群は、ストライドサイクル全体の30〜80％の間、張力を維持している可能性があることが示されている｡例えば、下肢の筋群が最も高い活動性を示すのは、着地の準備時である｡このとき、股関節と膝の伸筋、および足底屈筋が、脚全体を1本の固いレバーとして固定させるために、括抗筋と共収縮する｡これにより、しっかりと着地することができ、着地時における重心の軌道の高さを保つことが可能になる｡

筋電図（EMG）による研究から、下肢の筋群は着地直前と償却局面において、最も強い張力を発揮することが示されている｡その後、EMGは推進過程が終了するにともない減少し始める｡支持脚が地面から離れた後、これらの筋は、再びスイング動作に関わる状態になるまで短い瞬間リラックスする｡このように、殿筋とハムストリングはストライドサイクル全体の80%の仕事に関与し、大腿四頭筋は75%の仕事に関与する｡表1に、ストライド動作に関わる筋を示す｡