体 力 科 学(2004)53,321∼336
動作 形態の異なるス クワットが股 関節 と膝関節まわりの筋の活動
お よび関節 トル クに与 える影響
真
鍋
芳
明1)横
澤
俊
治2)尾
縣
貢3)
EFFECT
OF MOVEMENT
VARIATION
ON LOWER LIMB MUSCLE
ACTIVITY
AND JOINT TORQUE
DURING SQUAT
YOSHIAKI MANABE, TOSHIHARU YOKOZAWA and MITSUGI OGATA
Abstract
The purpose of this study was to compare hip and knee joint extension torque and the activity of eight muscles around the hip and knee joints during three squat exercises with different movements.
Ten male athletes performed three different squats (Normal squat : NS, Knee push squat : KPS, Hip drive squat : HDS). KPS is the type of squat which emphasizes knee joint movement without moving the hip joint position back and forth. On the other hand, HDS is the type of squat which emphasizes hip joint movement, while keeping the knee joint position fixed. Kinematic and kinetic variables such as angle, angular velocity, net torque and power of the joints of the lower extremity were calculated during the descending and ascending phase of each squat. At the same time, surface electrodes were placed on eight muscles of the lower extremity, and %iEMG was also calculated dur-ing the same phases.
During the descending phase, Elector spinae muscle activity and hip joint extension torque was significantly greater for HDS than KPS. Rectus femoris and Vastus lateralis muscle activity was sig-nificantly greater for KPS than HDS. In addition, KPS showed significantly greater knee joint exten-sion torque than HDS and NS. At the ascending phase, Elector spinae, Glueus maximus and Biceps femoris muscle activity, and hip joint extension torque was significantly greater for HDS than KPS and NS. Rectus femoris muscle activity and knee joint extension torque was significantly greater for KPS than HDS and NS.
These results suggest that HDS is effective for selectively training the hip extensor, and KPS is effective for training the Rectus femoris muscle.
(Jpn. J. Phys. Fitness Sports Med. 2004, 53 : 321•`336) key word : squat, muscle activation, joint morment
I.緒
言
ス クワッ トは 下 肢 筋 群 強化 の た め の トレーニ ン
グ 手 段 として,様
々 な競技 種 目の 選 手 に用い られ
て い る.ス ク ワ ッ トの 特徴 と して は,主 働筋 と拮
抗 筋 の共収縮 が 生 じ るた め,実 際 の ス ポ ーツ動作
に お け る筋 活 動 様 式 に 近 い こ と1∼3),負 荷 に対
して 挙上する と い う単 純 な運 動 で あ る た め集中 し
や す く,身 体 に か か る 負 荷 が 大 き い こ と4),股 関 節 や 膝 関 節 ま わ りの 筋 群 の み で な く,身 体 の 根 幹 で あ る腰 部 に 大 き な 負 荷 を か け る こ とが で き る こ と5)な ど が 挙 げ ら れ る. ま た,バ ー ベ ル を 用 い て 行 う ス ク ワ ッ ト は,一 定 の 動 作 し か 選 択 出 来 な い マ シ ー ン を 利 用 し た ウ ェ イ ト ト レ ー ニ ン グ と は異 な り,様 々 な 動 作 形 態 や 運 動 方 向 を 選 択 す る こ とが 出 来 る.こ の よ う な 1)茨城県立医 療 大 学 〒300-0394茨 城 県 稲 敷 郡 阿見 町 阿 見4669-2Ibaraki Prefectural University of Health Sciences 4669-2 Ami, Ami-Machi, Inashiki-Gun, Ibaraki, Japan
2)筑 波大学体 育 科 学 研 究 科
〒305-8574茨 城 県 つ くば市天 王 台1-1-1
Institute of health and Sport Sciences, University of Tsukuba, Tennodai 1-1-1, Tsukuba, Ibaraki 305-8574
3)筑 波 大 学 体 育 科 学 系
〒305-8574茨 城 県 つ く ば 市 天 王 台1-1-1
Doctoral Program in Health and Sport Sciences, University of Tsukuba, Tennodai 1-1-1, Tsukuba, Ibaraki 305-8574
ウ ェ イ ト ト レ ー ニ ン グ は フ リ ー ウ ェ イ ト ト レー ニ ン グ と 呼 ば れ,動 作 形 態 を 目 的 に 応 じ て 変 化 させ る こ と で,強 化 対 象 と な る 筋 に 集 中 的 に 刺 激 を加 え る こ と が 可 能 で あ る6).ス ク ワ ッ ト に お け る 動 作 形 態 の 変 化 が 身 体 に 与 え る 影 響 に 着 目 した 研 究 は 数 多 く存 在 し,そ れ ぞ れ が 筋 活 動 も し くは 関 節 トル ク な ど を 用 い て,沈 み 込 み の 深 さ798),ス タ ン ス 幅699),つ ま 先 の 向 き9∼11),お よ び シ ャ フ トを 担 ぐ 位 置12)な ど を 変 化 さ せ,身 体 に か か る 負 荷 を検 証 し て い る.し か し,ス ク ワ ッ ト中 に 身 体 に か か る 負 荷 に つ い て 関 節 トル ク と 筋 活 動 量 の 両 方 を 同 時 に 検 証 した 研 究12∼14)は 少 な く,こ れ ら の 研 究 で は い ず れ も,単 独 の 要 因 を 変 化 させ て 比 較 す る の み に と ど ま っ て い る.し か し,ス ク ワ ッ トは 足 関 節,膝 関 節 そ し て 股 関 節 と い っ た 下 肢 三 関 節 が 同 時 に 屈 曲 お よ び 伸 展 を 行 う ト レ ー ニ ン グ方 法 で あ る.そ の た め,ス タ ン ス 幅 や つ ま先 の 向 き を 変 化 さ せ な く と も,関 節 の 可 動 範 囲 を 変 化 させ る だ け で い くつ も の 動 作 形 態 を 選 択 す る こ と が 出 来 る.そ れ に も か か わ らず,下 肢 関 節 角 度 推 移 の 違 い に 焦 点 を 当 て た 研 究 は 非 常 に 少 な く,筋 活 動 や 関 節 ト ル ク な ど か ら 詳 細 に 検 討 し た 研 究 は 見 あ た ら な い. 下 肢 関 節 角 度 推 移 に 焦 点 を 当 て た ス ク ワ ッ トと し て,近 年,あ ら ゆ る ス ポ ーツ の 基 本 と さ れ る疾 走 パ フ ォ ー マ ン ス 向 上 に 応 用 す る た め,膝 関 節 位 置 を 固 定 し股 関 節 の 屈 曲 お よ び 伸 展 を 中 心 に して 行 う 股 関 節 主 導 型 ス ク ワ ッ トが 行 わ れ て い る.一 流 短 距 離 競 技 者 の 疾 走 中 に お け る キ ッ ク 動 作 に つ い て 伊 藤 ら17)は,疾 走 速 度 の 高 い 選 手 は キ ッ ク 動 作 時 に 膝 関 節 を 固 定 し,股 関 節 の 伸 展 速 度 を効 果 的 に脚 全 体 の ス イ ン グ 速 度 に転 換 す る 合 理 的 な キ ッ ク動 作 を 行 っ て い る と し て い る.股 関 節 主 導 型 ス ク ワ ッ トは,膝 関 節 の 屈 曲 お よ び 伸 展 こ そ 含 ま れ る も の の,膝 関 節 位 置 の 固 定,そ し て 股 関 節 の 屈 曲 お よ び 伸 展 を 中 心 に 行 う と い う こ と か ら, 短 距 離 走 競 技 者 に お い て は,競 技 特 性 に 対 応 した, よ り専 門 的 ト レ ー ニ ン グ に 近 い ス ク ワ ッ トで あ る と考 え ら れ る. 一 方 で,膝 関 節 の 屈 曲 お よ び 伸 展 を 中 心 に し て 行 う膝 関 節 主 導 型 の ス ク ワ ッ トは,膝 関 節 伸 展 筋 で あ る 大 腿 四 頭 筋 に 刺 激 を 加 え や す い と 考 え ら れ る.膝 関 節 を 構 成 す る 靱 帯 損 傷 後 に は,大 腿 四 頭 筋 の 強 化 が 不 可 欠 で あ り17,18),ク ロ ー ズ ド ク ロ ー ズ ド キ ネ テ ィ ッ ク チ ェ ー ン で あ る ス ク ワ ッ ト は, 膝 関 節 を 圧 迫 す る 力 が 働 く6)た め,靱 帯 損 傷 後 の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン に は 非 常 に効 果 的 で あ る と 考 え ら れ る. こ の よ う に,ス ク ワ ッ ト動 作 中 に お け る 関 節 角 度 推 移 を 変 化 させ る こ と で,身 体 に か か る 負 荷 が 変 化 す る 可 能 性 は 十 分 に 考 え ら れ る.そ こ で,本 研 究 で は 股 関 節 主 導 型,膝 関 節 主 導 型 お よ び そ の 中 間 型 の3種 類 の ス ク ワ ッ トを 用 い て,ス ク ワ ッ トに お け る 動 作 形 態 の 変 化 が,股 関 節 と 膝 関 節 ま わ りの 筋 の 活 動 お よ び 関 節 トル ク に 与 え る 影 響 を 検 証 す る も の とす る. II.方 法 A.被 検 者 被 検 者 は 運 動 部 所 属 の 大 学 お よ び 大 学 院 男 子10 名(平 均 年 齢:23.4±1.90歳,平 均 身 長:177.6± 4.81cm,平 均 体 重:69.8±4.22kg)と し た.被 検 者 は日 常 か らス ク ワ ッ ト ト レー ニ ン グ を 行 っ て お り,本 研 究 で扱 っ た3種 類 の 動 作 形 態 に お い て も 十 分 習 熟 で きて い る と 判 断 した.全 て の 被 検 者 に 本 実 験 の 趣 旨,内 容,お よ び 危 険 性 に つ い て あ ら か じめ 説 明 し,参 加 の 同 意 を 得 た. B.測 定 方 法 お よ び 測 定 項 目 1.実 験 試 技 実 験 試 技 は ノー マ ル ス ク ワ ッ ト(Normal squat; NS),膝 関 節 主 導 型 ス ク ワ ッ ト(Knee push squat; KPS)お よ び 股 関 節 主 導 型 ス ク ワ ッ ト(Hip drive squat;HDS)の 三 種 類 の ス ク ワ ッ ト と し,全 て の 試 技 に お い て シ ャ フ ト を 担 ぐ位 置 は 肩 甲 骨 上 縁 部,つ ま 先 の 向 きは 平 行,ス タ ン ス 幅 は 肩 幅 と し た.動 作 形 態 と し てKPSは 大 転 子 位 置 を 前 後 さ せ ず,主 に 足 関 節 お よ び 膝 関 節 の 屈 伸 の み で, HDSは 膝 関 節 位 置 を 前 後 さ せ ず,主 に 股 関 節 の 屈 伸 の み で 下 降 お よ び 挙 上 を行 う もの と し た.ま た,NSは 大 転 子 と膝 関 節 中 心 を 結 ん だ 線 分 の 中 点 を 前 後 さ せ ず,垂 直 に 下 降 お よ び 挙 上 を 行 う も
動 作 形 態 の異 な る ス ク ワ ッ トが 股 関 節 と膝 関 節 まわ りの 筋 の 活 動 および関 節 トル ク に 与 え る影 響 323
の と し た(図1).い ず れ の 試 技 におい て も,動 作
を正 確 に 遂 行 す る た め に 比 較 的 ゆ っ く り下 降 し た 後,一 時 静 止 し,反 動 を 用 い ず に最大 速 度 で 挙 上 を行 う も の と し た.
負 荷 はIRM(One repetition maximum)の60% と し た.試 技 毎 に挙 上 重 量 の 移 動 範 囲 が 異 な っ て
し ま う と身体全体 に加 わ る負 荷 も変 化 して しま う
た め,最
下 点の シ ャ フ ト中 心 高 を各 被 検 者 毎 の
HDSで
最 も深 く沈 み 込 め た 時 の 高 さ に 統 一 し,
NSお
よ びKPSを
合 わ せ た.試 技 毎 の 最 下 点 の
高 さ に 差 異が生 じな い よ う に,被 検 者 の 左 右 に光
電 管 を 設 置 し,最 下 点 到 達 時 に臀 部 が赤 外 線 を遮
Fig. 1.
Schematic illustration
and raw EMG waveform during squat with 3 different
movements. Left, Normal squat (NS) ; center, Knee push squat (KPS) ; right, Hip drive
断 す る と信 号 音 が 鳴 る よ う に 設 定 した. 2.分 析 局 面 分 析 は 下 降 局 面 と挙 上 局 面 に 分 け,シ ャ フ トの 中 心 高 が 下 降 前 の 最 高 値 を 示 し て い る 時 点 か ら最 低 値 を示 し た 時 点 ま で を 下 降 局 面,最 低 値 を 示 し た 時 点 か ら 挙 上 後 の 最 高 値 を 示 し た 時 点 ま で を 挙 上 局 面 と し た. 3.筋 電 図 計 測 被 検 筋 は ス ク ワ ッ トに て ト レ ー ニ ン グ す る こ と が 出 来 る と さ れ て い る 脊 柱 起 立 筋,大 殿 筋,中 殿 筋 大 腿 直 筋,大 腿 二 頭 筋 長 頭,長 内 転 筋,外 側 広 筋 お よ び 腓 腹 筋 外 側 頭 の8筋1,20)と し た.各 筋 の 活 動 電 位 は 導 出 部 直 径4mmの 小 型 生 体 電 極 (日本 光 電 工 業 製)を 用 い,表 面 双 極 導 出 法 に よ り 導 出 し た.電 極 貼 付 に 先 立 ち,抵 抗 の 減 少 と粘 着 を 良 くす る た め に 周 囲 の 剃 毛 お よ び ア ル コ ー ル拭 き を行 い,電 極 付 着 部 分 表 皮 の 角 質 の 一 部 を 針 に よ っ て 剥 離 し た.各 筋 と も 神 経 一 筋 支 配 体 に よ る 筋 電 位 誘 導 の 妨 害 を 避 け る た めBasmajian and De Luca21)の 指 摘 に 従 い,筋 腹 中 央 よ り も 起 始 腱 ま た は 停 止 腱 側 に ず ら し て 電 極 を 配 置 した.電 極 は 両 面 粘 着 カ ラ ー に よ り 電 極 間 の 距 離 を1.5cm と して 貼 り付 け た. 筋 電 位 はMulti Telemeter(日 本 光 電 工 業 製, WEB-5000型)を 用 い て 導 出 し,サ ン プ リ ン グ 周 波 数1kHzでA/D変 換 後,コ ン ピ ュ ー タ に 記 録 した.記 録 し た 筋 電 位 信 号 に つ い て ア ー チ フ ァ ク ト成 分 を 除 去 す る た め,ハ イ パ ス フ ィ ル タ リ ン グ を 行 っ た.4次 の 位 相 ず れ の な いButterworth型 デ ィ ジ タ ル フ ィ ル タ に よ り ア ー チ フ ァ ク ト成 分 を カ ッ トオ フ 周 波 数10Hzに て 抽 出 し,原 信 号 か ら 差 し引 きす る 方 法 を 用 い た. 各 筋 の 活 動 量 の 指 標 に は 筋 電 図 積 分 値 (integrated Electromyogram;iEMG)を 用 い た. iEMG算 出 に は 同 期 信 号 の 時 刻 を も と に 選 択 し た 区 間 の 筋 電 位 の 離 散 デ ー タ を 使 用 し た.実 験 試 技 に お け る 選 択 区 間 は試 技 開 始 か ら 試 技 終 了 ま で, 最 大 随 意 等 尺 性 収 縮(Maximum voluntary contrac-tion;MVC)に お い て は 最 大 の 放 電 量 を 示 し た 瞬 間 の 前 後0.5秒 間 と し,最 大 の 放 電 量 が 活 動 開 始 時 か ら0.5秒 未 満 の 間 に 出 現 し た 場 合 の 選 択 区 間 は,活 動 開 始 か ら1秒 間 と し た.記 録 さ れ た EMG信 号 の 区 間 平 均 を算 出 し た 後,MVCの 区 間 平 均 値 で 除 し,各 試 技 にお け る 筋 活 動 電 位 の 相 対 的 活 動 度 の 評 価 に 用 い た.
MVCの 測 定 はDANIELS AND WORTHING-HAM'S MUSCLE TESTING22)を 参 照 し,鉄 製 の ア ン グ ル で 自 作 し た レ ジス タ ン ス フ レ ー ム を用 い て3秒 間 の 等 尺 性 収 縮 を行 っ た.各 被 検 筋 の 測 定 時 姿 勢 は,脊 柱 起 立 筋 は伏 臥位 で の 体 幹 伸 展,大 殿 筋 は 伏 臥 位 で の 股 関 節 伸 展,中 殿 筋 は 立 位 で の 股 関 節 外 転,大 腿 直 筋 は 座位 で の 膝 関 節 伸 展,大 腿 二 頭 筋 長 頭 は 立 位 で 膝 関節 の 伸 展 を 保 っ た 状 態 で の 股 関 節 伸 展,長 内 転 筋 は 立 位 で 足 部 を外 転 し た 状 態 で の 股 関 節 内 転,外 側 広 筋 は 座 位 で の 膝 関 節 伸 展,お よ び 腓 腹 筋 外 側頭 は 立 位 で の 足 関 節 底 屈 で あ る. 4.キ ネ マ テ ィ ク ス デ ー タの 測 定 試 技 の 撮 影 に は1台 のDVカ メ ラ を 用 い 撮 影 速 度 毎 秒60コ マ,シ ャ ッ ター ス ピ ー ド1/1000秒 で 撮 影 し た.カ メ ラ は 被 写 体 の 側 方15m地 点 に 設 置 した.実 験 に て 得 られ た画 像 か ら,つ ま 先, 母 指 球,踵,足 関 節 中 心,膝 関 節 中 心,大 転 子, 肋 骨 下 端 お よ び シ ャ フ トの計8点 の2次 元 座 標 値 を60Hzで 測 定 し た.2次 元 座 標 算 出 後,Wells and Winter23)の 方 法 に よ り測 定 点 毎 に,最 適 遮 断 周 波 数(2∼6.25Hz)を 決 定 し,Butterworth型 デ ィ ジ タ ル フ ィ ル タ を 用 い て平 滑 化 し た.平 滑 後 の 座 標 値 を 阿 江24)のBody Segment Parameterに よ り各 被 検 者 を 足 部 セ グ メン ト,下 腿 セ グ メ ン ト, 大 腿 セ グ メ ン トお よ び 体幹 下 部 セ グ メ ン トに分 割 し,各 セ グ メ ン トの 質 量,密 度 お よ び 重 心 位 置 を 推 定 した.ま た 試 技 中 の動 作 変 化 を 知 る 変 数 と し て 足 関 節 角 度,膝 関 節 角 度,股 関 節 角 度 お よ び 体 幹 下 部 セ グ メ ン ト角 度 を算 出 した(図2).求 め ら れ た 関 節 角 度 か ら 二 関 節 筋 で あ る 大 腿 直 筋 お よ び 大 腿 二 頭 筋 の 筋 腱 全 長(Muscle tendon complex length;MTCL)をHawkins and Hull25)の 式 か ら
算 出 した.Hawkins and Hull25)の 引 数 の 一 つ で あ る 股 関 節 角 度 は,膝 関 節 中心 と大 転 子 を 結 ん だ 線 分 と,大 転 子 と 上 前 お よび上 後 腸 骨 棘 の 中 点 を 結 ん だ 線 分 が な す 角 度 と して定 義 さ れ て い る.本 研
動 作形 態 の 異 な るスクワッ トが 股 関 節 と膝関 節 ま わ りの 筋の活動 お よ び 関 節 トル クに与 え る影 響 325
Fig. 2. Link- segment model for the calculation of joint torques and definition of hip, knee and ankle joint and lower torso segment angle.
究 に お け る 股 関 節 角 度 は,膝 関節 中 心 と 大 転 子 を 結 ん だ 線 分 と,大 転 子 と肋 骨 下端 を 結 ん だ 線 分 の な す 角 度 で あ り,同 様 の 測 定 点 を 用 い て は い な い. し か し,実 験 試 技 中,被 検 者 は背 部 の ア ー チ を 保 っ た ま ま下 降 お よ び 挙 上 を行 っ て お り,さ ら に 大 転 子 か ら み て,肋 骨 下 端 は上 前 お よ び 後 腸 骨 棘 の 中 点 の ほ ぼ 鉛 直 線 上 に あ る(カパ ン デ ィ,1993)と 考 え ら れ る.こ れ ら の こ とか ら,本 研 究 に て 得 ら れ た 股 関 節 角 度 を,Hawkins and Hull25)の 式 に お け る 引 数 と して 用 い る こ とと した. 5.キ ネテ ィ ク ス デ ー タの測 定 ス ク ワ ッ ト実 験 中 の 右 足 に作 用 す る 地 面 反 力 を 測 定 す る た め に,1台 の フ ォー ス プ ラ ッ トフ ォ ー ム(Kistler社 製Type9281A)を 用 い た.フ ォ ー ス プ ラ ッ ト フ ォー ム か ら の 出力 信 号 は 専 用 ア ン プ (Kistler社 製Type9865B)を 介 し てA/D変 換 し, サ ン プ リ ン グ 周 波 数500Hzで パ ー ソ ナ ル コ ン ピ ユ ー タ に取 り 込 ん だ.ま た,地 面 反 力 デ ー タ と VTR画 像 お よ び 筋 電 位 信 号 を 同 期 さ せ る た め に 同 期 装 置(電 気 計 測 販 売 社 製)を 画 像 に 映 し込 み, 同 期 信 号 をフ ォ ー ス プ ラ ッ トフ ォ ー ム と筋 活 動 電 位 測 定 装 置 のA/D変 換 ボ ー ドへ 取 り 込 ん だ. コ ンピュ ー タ に 取 り込 ん だ 地 面 反 力 デ ー タ と, 画 像 か ら得 ら れ た 関 節 角 度,関 節 角 速 度,セ グ メ ン トの重心 位 置,重 心 加 速 度,角 速 度 お よ び 慣 性 モ ー メ ン トに も と づ き,各 部 分 に つ い で 運 動 方 程 式 か らセ グメ ン トの 近 位 端 に 作 用 す る 関 節 トル ク を 算 出 した(図3).な お,地 面 反 力 デ ー タ に お け る 圧 力 中心 はWinter26)の 方 法 に よ り 算 出 した. 6.統 計 処 理 試 技 毎 に よ る 時 間,関 節 角 度,MTCL,筋 活 動 量 お よび関節 ト ル ク の 差 異 の 検 定 に は,ス ク ワ ッ トの 動 作 形態 を 要 因 と す る1元 配 置 の 分 散 分 析 を 用 い,F値 が 有 意 な 場 合 に はBonferroni/Dunn
Fig. 3. Forces, torques, and works applied to a segment.
Table 1 Mean time, barbell height, shank segment angle and lower torso segment angle of squat with 3 different movements. NS means normal squat, KPS means knee push squat. IIDS means hip drive squat.
*: Increased
compared
with NS and HDS
+: Decreased
compared
with NS and KPS
**: Increased
compared
with NS and KPS
++: Decreased
compared
with NS and HDS
P<0.05
動 作 形 態 の 異なるス ク ワ ッ トが 股 関節 と膝 関 節 ま わ りの筋の活 動 お よ び関節 トル ク に 与 え る影響 327
Fig. 4.
Pola curves of each center of joint
and barbell during
squat with 3 different
movements. Left, Normal squat (NS) ; center, Knee push squat (KPS) ; right, Hip drive
squat (HDS).The origin is the center of force platform.
*:Larger
than
NS and KPS.
#:Larger
than
KPS.
**:Larger
than
NS and HDS.
##:larger
than
NS.
++:Smaller
than NS.
P<0.05
Fig. 5.
Joint angle curves during squat with 3 different movements (NS ; Normal squat,
KPS ; Knee push squat, HDS ; Hip drive squat). Left, descending phase ; right,
ascend-ing phase. Abscissa expressed as workascend-ing cycle ratio.
法 に よ る 多 重 比 較 検 定 を 行 っ た.検 定 の 有 意 水 準 は 全 てP<0.05と し た. III.結 果 A.キ ネ マ テ ィ ク ス デ ー タ 表1に 下 降 局 面 お よ び 挙 上 局 面 に 要 した 時 間, シ ャ フ ト中 心 高 の 最 高 値 お よ び 最 低 値,下 腿 お よ び 体 幹 下 部 セ グ メ ン ト角 度 の 最 大 値 お よ び 最 小 値 を 示 した.有 意 差 は 体 幹 下 部 セ グ メ ン ト角 度 の 最 小 値 の み 認 め ら れ,NSがKPSよ り も,HDSが NSよ り も 有 意 に 低 い 値 を 示 し た.ま た,図4に 試 技 中 の 関 節 お よ び バ ー ベ ル の 位 置 変 化 の 典 型 例 を 示 し,図5に 試 技 中 に お け る 足 関 節,膝 関 節 お よ び 股 関 節 角 度 変 化 を 示 し た.足 関 節 に お い て は 下 降 局 面 のWorking Cycle Ratio(WCR)40∼
100%お よ び 挙 上 局 面 のWCRO∼50%に てHDS がNSお よ びKPSよ り も 有 意 に 高 く,膝 関 節 に お い て は 下 降 局 面 のWCR40∼100%お よ び 挙 上 局 関 節 に お い て は,下 降 局 面 のWCR80∼100% お よ び 挙 上 局 面 のWCRO∼30%に お い てKPS がNSお よ びHDSよ り も 有 意 に高 い値 を,下 降 局 面 のWCR60∼70%お よ び 挙 上 局 面 の WCR40%に お い てKPSがNSよ りも有 意 に 高 い 値 を 示 し,下 降 局 面 のWCR40∼60%に お い て HDSがNSよ り も有 意 に 低 い 値 を示 した.図6 に大 腿 直 筋 お よ び 大 腿 二 頭 筋 のMTCL変 化 を 示 した.大 腿 直 筋 に お い て は,下 降 局面 のWCRlO ∼100%お よ び 挙 上 局 面 のWCRO∼80%に て KPSがNSお よ びHDSよ り も 有 意 に高 い 値 を, 下 降 局 面 のWCR20∼100%お よ び挙 上 局 面 の
*:Increased
compared with NS and HDS
.
#:Increased
compared with NS.
+:Increased
compared with HDS.
**:Increased
compared with NS and KPS
.
##:Increased
compared with NS.
++:Increased
compared with KPS.
P<0.05
Fig. 6.
Muscle tendon complex length curves during squat with 3 different movements
(NS ; Normal squat, KPS ; Knee push squat, HDS ; Hip drive squat). Left, descending
phase ; right, ascending phase. Abscissa expressed as working cycle ratio. Ordinate
expressed as normalized muscle length (1.00=thigh segment length).
動 作形態 の異 な る ス クワ ッ トが 股 関 節 と膝関節 まわ り の 筋 の活動 お よ び 関 節 トル クに与 え る 影 響 329 WCR0∼60%に てNSがHDSよ り も 有 意 に 高 い 値 を,そ し て 挙 上 局 面 のWCR90%に てKPSが HDSよ り も有 意 に 高 い 値 を 示 した.大 腿 二 頭 筋 に お い て は,下 降 局 面 のWCR30∼100%お よび 挙 上 局 面 のWCR0∼60%に てHDSがNSお よ びKPSよ り も 有 意 に 高 い 値 を,下 降 局 面 の WCR10∼100%お よ び 挙 上 局 面 のWCR0∼70%に てNSがKPSよ り も 有 意 に 高 い 値 を,そ し て 下 降 局 面 のWCR10%お よ び 挙 上 局 面 のWCR70% に てHDSがKPSよ り も 有 意 に高 い値 を 示 した,
B.EMGデ
ー タ
図7に 各筋 活動 量 の 平均 値を示 し た.下 降局 面
で は,脊 柱 起 立 筋 に お い てはHDSがKPSよ
り
も 有 意 に高い 値 を 示 し,大 腿直筋 に お い て はNS
お よ びKPSがHDSよ
りも,外 側 広 筋 に お い て
はKPSがHDSよ
り も有 意 に高 い 値 を示 した.
挙 上 局 面 で は,脊 柱 起 立 筋お よび 大 殿 筋 に お い て
はHDSがKPSお
よ びNSよ
りも有 意 に高 い値 を
示 し,大 腿 直 筋 に お い て はKPSがNSお
よ び
HDSよ
りも,ま たNSがHDSよ
り も有 意 に高 い
Fig. 7. Mean muscle activities (•}1SD) during squat with 3 different movements (NS ; Normal squat, KPS ; Knee push squat, HDS ; Hip drive squat). ES : Erector spinae, Gmx : Gluteus maximus, Gmd : Gluteus medius, RF : rectus lemons, BF : Biceps lemons, AL : Adductor longus, VL : Vastus lateralis, Gas : Gastrocnemius. Top, descending
値 を示 し,大 腿 二 頭 筋 に お い て はHDSがNSお よ びKPSよ り も有 意 に高 い 値 を 示 し た. C.キ ネ テ ィ ク ス デ ー タ 図8に 各 関 節 伸 展 トル ク の 平 均 値 を 示 し た.下 降 局 面 で は,足 関 節 お よ び 膝 関 節 に お い てNSお よ びKPSがHDSよ り も有 意 に 高 い 値 を 示 し, 股 関 節 に お い て はHDSがKPSよ り も 有 意 に 高 い 値 を 示 した.挙 上 局 面 で は,足 関 節 に お い ては NSお よ びKPSがHDSよ り も 有 意 に 高 い 値 を示 し,膝 関 節 に お い て はKPSがHDSよ り も,股 関 節 に お い て はHDSがNSお よ びKPSよ りも有 意 に 高 い 値 を示 し た. IV.考 察 ス ク ワ ッ トに よ っ て 身 体 に加 わ る 刺 激 は,挙 上
Fig. 8. Mean joint extension torques (•}1SD) during squat with 3 different movements (NS ; Normal squat, KPS ; Knee push squat, HDS ; Hip drive squat). Top, descending phase ; below, ascending phase.
動 作 形 態 の異 な る ス ク ワ ッ トが股 関 節 と膝 関 節 ま わ りの筋 の 活 動 お よび 関節 トル ク に 与 え る影 響 331 重 量14),挙 上 速 度27,28)お よ び 動 作 形 態2,6,10,11, 13)に よ っ て 変 化 す る こ と が 知 ら れ て い る.本 研 究 は ス ク ワ ッ ト中 に お け る 動 作 形 態,な か で も, 下 肢 関 節 角 度 推 移 の 違 い が 筋 活 動 お よ び 関 節 トル ク に 与 え る 影 響 を検 証 す る も の で あ る. 本 研 究 に お い て 挙 上 重 量 は1RMの60%に 統 一 し,下 降 時 間 で は 差 異 が 生 じ た も の の 有 意 で は な く,挙 上 時 間 で は 大 き な 差 異 は 生 じて お ら ず,挙 上 重 量 の 移 動 範 囲 に お い て も 光 電 管 を 利 用 す る こ と で,そ の 誤 差 範 囲 は 非 常 に 小 さ な も の と な っ た (表1).そ の た め,試 技 間 に お い て 生 じ た 筋 活 動 量 お よ び 関 節 トル ク等 の 差 異 は,主 と して 動 作 形 態 の 違 い に よ る も の と限 定 で き る. 図4は 試 技 中 の 関 節 お よ び バ ー ベ ル の 位 置 変 化 で あ る.Normal squat(NS)に お い て は 膝 お よ び 股 関 節 位 置 の ど ち ら も 前 後 に 移 動 し て お り, Knee push squat(KPS)に お い て は 膝 関 節 位 置 の み,Hip drive squat(HDS)は 股 関 節 位 置 の み 前 後 に移 動 し て い る.ま た,試 技 中 の 関 節 角 度 変 化(図 5)を み て み る と,膝 関 節 に お い て はKPSが,股 関 節 に お い て はHDSが 最 も 屈 曲 し て お り,NS は そ の 中 間 で あ る.こ れ ら の こ と か ら,被 検 者 は 本 研 究 で 設 定 した 動 作 形 態 を 正 確 に 遂 行 出 来 て い る こ と が 示 唆 さ れ る. 動 作 形 態 の 違 い に よ っ て,多 くの 筋 の 活 動 量 に 有 意 差 が 生 じ た(図7).下 降 局 面 に 着 目 す る と, 脊 柱 起 立 筋 に お い てHDSがKPSよ り も 有 意 に 高 い 値 を 示 し た.ま た,膝 関 節 伸 展 筋 で あ る 大 腿 直 筋 に お い て,NSお よ びKPSがHDSよ り も 有 意 に 高 い 値 を 示 し,同 じ く膝 関 節 伸 展 筋 で あ る 外 側 広 筋 に お い て もKPSがHDSよ り も 有 意 に 高 い 値 を 示 し た.挙 上 局 面 に お い て は,脊 柱 起 立 筋, 大 殿 筋 お よ び 大 腿 二 頭 筋 に お い て,HDSがNS お よ びKPSよ り も 有 意 に 高 い 活 動 を 示 し,大 腿 直 筋 の みKPSがNSお よ びHDSよ り も 有 意 に 高 い 値 を 示 し た. ま た,挙 上 局 面 に お け る 中 殿 筋 お よ び 長 内 転 筋 は試 技 間 に お け る 有 意 差 は 認 め ら れ な か っ た が, 活 動 量 は い ず れ も30%MVCを 超 え て お り,HDS の 挙 上 局 面 に お い て は 大 腿 直 筋 よ り も高 い 値 を 示 して い る.中 殿 筋 は 股 関 節 外 転,そ して 長 内 転 筋
は股 関 節 内転 作 用 を持 ち,ど ち ら も脚の伸 展 とい
うス ク ワ ッ トの主動 作 には 当 て は ま らない.し か
し,立 位 に お け る中殿 筋 の作 用 の 一 つ として姿 勢
制 御29)が あ り,ス ク ワ ッ ト中 に お い て も,拮 抗
筋 で あ る長 内転 筋 と共 同 的 に 活 動 す る こ とで骨 盤
を固 定 し,身 体 の左 右 方 向へ の ふ らつ きを制 御 し
てい る と考 え られ る.
体 幹 下 部 セ グ メ ン ト角 度 の 最 小 値 にお い て,
HDSはNSお
よびKPSと
比 較 して 有 意 に小 さ い
値 が 認 め られ(表1),股
関節 の 屈 曲角度 にお い て
も最 大 値 が 認 め られ た(図5).最
下 点時 にお け る
HDSは
体 幹 が 大 き く前 傾 した 姿 勢 に あ り,こ の
姿 勢 か ら股 関節 伸 展 トル ク に よ っ て 体幹 を垂 直 方
向へ 回 転 させ る には,体 幹 の 強 い 保 持力 が必 要 と
され る.HDSに
て認 め られ た 脊 柱 起 立 筋 の 大 き
な活 動 は,体 幹 の姿 勢 保持 要 求 増 大 に よって 生 じ
た もの と考 え られる.
また,挙
上 局面 にお い て 大 殿 筋 の 活動 量 が 他 の
試 技 よ り も有 意 に高 い とい う結 果 は,HDSの
股
関 節 屈 曲 角 度 増 大 が 原 因 で あ る と考 え ら れ る.
HDSは
他 の 試技 よ り も股 関 節 の 可 動 範 囲 が 大 き
く,そ の分 だ け股 関 節 が 伸展 しな け れ ば な ら な い
ため,大 殿 筋 に対 す る収 縮 要 求 も増 大 す る と考 え
られ る.こ の こ とか ら,大 殿 筋 の 強 化 とい う面 か
らス ク ワ ッ トを行 う な らば,筋
が 最 も伸 張 され る
HDS型
の よ うな ス ク ワ ッ トを 行 うの が 効 果 的 で
あ る こ とが 示 唆 され る.
さ ら にHDSに
お い て は,大 殿 筋 と同様 に 股 関
節 伸 展 作 用 を持 つ 大 腿 二 頭 筋 も,他 の試 技 と比 較
して有 意 に 高 い活 動 が 認 め ら れ た.ス
クワ ッ ト中
にお け る ハ ム ス トリ ン グス の 活 動 を論 じた研 究 で
は,そ の 活 動 は ほ と ん ど認 め ら れ な い30)とす る
もの,大 腿 四 頭筋 と わず か に共 収 縮 す る こ とで,
脛 骨 を後 方 に引 っ張 り,膝 関 節 の 安 定性 を高 め る
役 割 を持 つ31)と して い る もの,レ
ッグ カー ル や
デ ッ ド リ フ トの 半 分 ほ どの 活 動 量 しか 認 め ら れ
ず,下 降 局 面 におけ る膝 関 節 の 安 定 に貢献 して い
る32)と す る もの が あ り,い ず れ も ス クワ ッ トに
てハ ム ス トリ ングス を鍛 え る こ と に は限界 が あ る
と して い る.し か し,本 研 究 のHDSは,挙
上 局
面 の平 均 値 にお い て は40%MVCを
超 え てお り,
ス ク ワ ッ トに お け る主 動 単 関 節 筋 の 一 つ で あ る 外 側 広 筋 の 活 動 量 に 匹 敵 して い る(図7). ス ク ワ ッ ト に お け る 挙 上 局 面 で は,股 関 節 と 膝 関 節 の 同 時 伸 展 が 生 じ る.こ の と き に 大 腿 二 頭 筋 が 強 く活 動 し て し ま う と,膝 関 節 の 屈 曲 トル ク が 生 じ て し ま う た め,そ の 活 動 は 抑 制 さ れ る33). 一 方,股 関 節 と 膝 関 節 の 同 時 伸 展 時 に お け る 大 腿 二 頭 筋 の 作 用 に つ い て,IngenSchenau34)は 自 転 車 ペ ダ リ ン グ を 用 い て,二 関 節 筋 と そ れ に 拮 抗 す る 単 関 節 筋 の 役 割 と い う点 か ら,股 関 節 と膝 関 節 の 同 時 伸 展 時 に,大 腿 二 頭 筋 と 大 腿 広 筋 群 が 共 収 縮 す る こ と で,大 腿 二 頭 筋 の 張 力 を股 関 節 伸 展 へ と貢 献 させ て い る と して い る. 本 研 究 に お け るHDSは,図8か ら も明 ら か で あ る よ う に,膝 関 節 伸 展 トル ク を そ れ ほ ど必 要 と し な い 動 作 形 態 で あ る.そ れ に も 関 わ ら ず,大 き な 膝 関 節 伸 展 ト ル ク を 求 め ら れ るKPSと 比 較 し て,大 腿 直 筋 の 活 動 量 は 有 意 に 低 い 値 を示 し た も の の,同 じ膝 関 節 伸 展 トル ク を 発 揮 す る外 側 広 筋 の 活 動 量 に お い て は,大 き な 差 異 は 生 じ て い な い. こ の 結 果 は,よ り大 きな 股 関 節 伸 展 トル ク を 必 要 と さ れ るHDSに お い て,大 殿 筋 の 張 力 の み で な く,大 腿 二 頭 筋 の 張 力 も股 関 節 伸 展 へ と貢 献 さ せ る た め に,外 側 広 筋 が 共 収 縮 し,大 腿 二 頭 筋 由 来 の 膝 関 節 屈 曲 トル ク を打 ち 消 し た こ と に よ っ て 生 じた もの で あ る と 考 え ら れ る. ま た,外 側 広 筋 と 同様 に 膝 関 節 伸 展 作 用 を 持 つ 大 腿 直 筋 の 活 動 量 は,NSお よ びKPSも 有 意 に 低 い 値 が 認 め ら れ て お り,筋 腱 全 長(Muscle ten-don complex length;MTCL)の 変 化 で み て も,大 腿 二 頭 筋 が 大 き く伸 張 一短 縮 し て い る の に 対 し, 大 腿 直 筋 は ほ と ん ど長 さ 変 化 を し て い な い.Fu-jiwara and Basmajian33)は,二 関 節 筋 の 両 端 が 平 行 に動 く動 作,つ ま り一 端 が 変 位 し た 方 向 と 同 じ 方 向 へ 他 端 が 変 位 す る動 作 をConcurrent shiftと 定 義 して お り,こ の よ う な 動 作 時 で は,動 作 遂 行 を 可 能 に す る た め に 二 関 節 筋 の 活 動 は 抑 制 さ れ る と して い る.本 研 究 に お け るHDSは 大 腿 直 筋 に 対 し てConcurrent shiftを 起 こ す 動 作 形 態 で あ り,動 作 の 中 心 で あ る 股 関 節 伸 展 を妨 げ な い た め に,大 腿 直 筋 は 抑 制 され,外 側 広 筋 の み が 活 動 し
た と考 え ら れ る.こ
れ らの こ と か ら,本 研 究 の
HDSの
様 な 動 作 形 態 を用 い れ ば,外 側 広 筋 との
共収 縮 が 伴 うこ とで,ス
クワ ッ トで も大腿 二 頭 筋
に大 きな 刺 激 を加 え る こ とが可 能 で あ る こ と を示
唆 して い る.
しか し,大 腿 二 頭 筋 を含 ん だ ハ ムス トリ ン グ ス
の張 力 は,股
関節 伸 展 よ り も膝 関 節 屈 曲に作 用 し
や す い33)と さ れ る た め,強 化 す る に は膝 関 節 屈
曲 を中心 と した,レ
ッグ カー ル な どの 運動 が 選 択
され る こ とが 多 い.だ が 実際 の 競 技 運 動 時 に て,
膝 関節 の 屈 曲 のみ が 生 じる場 面 は 極 め て 少 な く,
ほ とん どの 場 面 にお い て,拮 抗 筋 で あ る大 腿 四 頭
筋 と の 共 収 縮1∼3)お よ び股 関 節 の 伸 展 が 含 ま れ
る と考 え ら れ る.そ
こ で,本 研 究 にお け るHDS
の様 な動 作 形 態 を用 い れば,外 側 広 筋 との共 収 縮
を利 用 で き,よ
り競 技 運動 に近 い 条 件 で ハ ム ス ト
リ ング ス を トレー ニ ングす る こ とが 可 能 で あ る.
また,膝
関節 位 置 を 固定 し,股 関 節 の 屈 曲 お よ
び伸 展 を 中 心 に して 行 う とい うHDSの
動 作 特 性
は,短 距 離 走 に て認 め られ る キ ッ ク動作 に も類 似
して い る と考 え られ る.短 距 離 疾 走 動 作 の研 究 に
お い て伊 藤 ら17)は,疾 走 動 作 と疾 走 速 度 と 関係
につ い て 検 証 してお り,疾 走 速 度 の 高 い選 手 は キ
ック動 作 時 に膝 関節 を 固定 し,股 関 節 の伸 展 速 度
を効 果 的 に脚 全 体 の ス イ ング速 度 に転換 す る 合 理
的 な キ ッ ク動 作 を行 っ てい る と してい る.強 大 な
股 関節 伸 展 筋 力 を要 求 され る短 距 離 走 競技 者 に と
って,膝 関 節 の屈 曲 お よび伸 展 こ そ含 まれ る もの
の,膝 関 節 位 置 の固 定,そ
して 股 関 節 の屈 曲 お よ
び伸 展 を 中 心 に行 うHDSは,非
常 に有 効 な ト
レー ニ ン グ手 段 に な りうる と考 え られ る.
一方 で
,膝 関節 の 屈 曲お よび伸 展 を中心 に行 う
KPSは,バ
ー ベ ル,股
関節 位 置 お よ び足 関 節 位
置 の軌 道 は直 線 上(図4)に
あ り,体 幹 はほ ぼ 垂 直
を保 っ た 状 態 で動 作 が遂行 され て い る こ とが 示 唆
され る.そ
の た め,筋 活動 量 お よ び関 節伸 展 トル
クに お い て も,挙 上 お よび 下 降 の 両 局 面 に お い て
脊柱 起 立 筋 お よび大 殿 筋 の活 動 量 お よ び股 関 節 伸
展 トル ク が 最 も少 な く,HDSと
の 間 に は 有 意 差
も認 め られ た(図7お
よび8).こ
れ らの こ とか ら,
KPSは
股 関 節 お よ び 腰 部 へ の 負 担 は少 な い と考
動 作 形 態の異 なる ス ク ワ ッ トが 股 関節 と膝 関 節 まわ りの筋 の 活 動 お よ び関 節 トル ク に 与 え る影響 333 え ら れ る. そ の 反 面,膝 関節 伸 展 筋 群 で あ る 大 腿 直 筋 お よ び 外 側 広 筋 に お い て は大 き な 活 動 が 認 め ら れ,挙 上 局 面 で の 大 腿 直 筋 にお い て は 他 の 試 技 よ り も 有 意 に 高 い 値 が 認 め られた.ま た,膝 関 節 伸 展 トル ク に お い て も3試 技 中 で 最 大 値 を 示 し て お り, HDSと の 間 に お い て は 両 局 面 と も有 意 差 が 認 め ら れ た. ス ク ワ ッ ト 中 の 大腿 四 頭 筋 の 筋 活 動 に つ い て, Escamilla et al.2),Wretenberg et al.13)お よ び Isea et al.31)は,二 関 節 筋 で あ る 大 腿 直 筋 の 活 動 量 は,単 関 節 筋 で あ る 内 側 広 筋 と外 側 広 筋 の 活 動 量 よ り も50%ほ ど少 な い と し て い る.こ れ に つ い てEscamilla et al.2)は,大 腿 直 筋 は 二 関 節 筋 で あ る た め,股 関 節 と膝 関 節 の 同 時 屈 曲 お よ び 伸 展 で は,ほ と ん ど 長 さ変化 は 生 じ な い た め と し て お り,Fujiwara and Basmajian33)は,股 関 節 と 膝 関 節 の 同 時 伸 展 お よ び屈 曲 に お い て は,動 作 遂 行 の た め に 拮 抗 筋 抑 制 が 働 く こ と で,大 腿 直 筋 の 活 動 は 抑 制 さ れ る た め と して い る. 本 研 究 に お け るKPSは,ス ク ワ ッ トで あ る た め 下 降 局 面 で は 股 関 節 と膝 関 節 の 同 時 屈 曲,挙 上 局 面 で は 同 時 伸 展 が 生 じ る.し か し,本 研 究 で 一 般 的 な ス ク ワ ッ トと して 設 定 し たNSと 関 節 の 可 動 範 囲 を 比 較 す る と,NSは 股 関 節83.5°,膝 関 節 75.0° な の に 対 し,KPSは 股 関 節67.5°,膝 関 節 87.7° と,膝 関 節 の 可動 範 囲 の 方 が 大 き く な っ て い る.さ ら に,MTCLの 変 化 を み て も,NSに 対 し てKPSは 大 腿 直 筋 が よ り伸 張 さ れ て い る こ と が 明 ら か で あ る.反 対 にKPSに お け る 大 腿 二 頭 筋 のMTCLは,ほ と ん ど 変 化 し て い な い.こ れ ら の こ と か ら,KPSは 股 関 節 と 膝 関 節 の 同 時 屈 曲 お よ び 伸 展 を 行 うス ク ワ ッ トで は あ る が,よ り 膝 関 節 伸 展 筋 群 へ の負 担 が 大 き い ス ク ワ ッ ト で あ る と示 唆 さ れ る.KPSで は 図8が 示 す 通 り,他 の 試 技 よ り も 大 きな膝 関 節 伸 展 トル ク が 必 要 と さ れ る.大 き な 膝 関節 伸 展 ト ル ク を発 揮 す る た め に は 大 腿 直 筋 お よ び外 側 広 筋 の 活 動 が 不 可 欠 で あ り,膝 屈 曲 作 用 を持 つ 大 腿 二 頭 筋 は 抑 制 さ れ な く て は な ら な い.さ らに,大 腿 直 筋 は 股 関 節 と 膝 関 節 を ま た ぐ 二 関 節 筋 で あ る が,そ の 張 力 は 股 関 節
屈 曲 よ り も膝 関 節 伸 展 に 働 き や す い33)と され て
いる.そ
の た め,挙 上 時 に お け る筋 活 動 で は,大
腿 二 頭 筋 は20%MVC程
度 と ほ とん ど記 録 さ れ
ず,大 腿 直 筋 が他 の試 技 よ り も有 意 に高 い値 を記
録 され た と考 え られ る.
こ れ らの 結 果 か ら,本 研 究 にお け るKPSの
よ
うなス ク ワ ッ トは,外 側 広 筋 な どの膝 伸 展 作 用 を
持つ 単 関 節 筋 の み で な く,大 腿 広 筋群 よ りは刺激
を加 え に くい と され る大 腿 直 筋 も効率 よ く強 化 で
きる可 能 性 が 示 唆 され る.
ま た,足
関 節 伸 展 トル ク にお い て はNSお
よび
KPSがHDSよ
り も有 意 に 高 い値 が 認 め られ た.
図5の 足 関 節 角 度 変 化 に お い て,NSお
よ びKPS
は下 降 局 面 のWCR40∼100%,挙
上局 面 のWCR0
∼50%に
お い て
,HDSよ
り も有 意 に 低 い値 が
認め ら れ て い る.下 腿 セ グ メ ン ト最小 角 度(表1)
にお い て も,膝 関節 位 置 を 固 定 して い るHDSに
比 べ,NSお
よ びKPSは
有 意 に小 さ い 値 が 認 め
られ て い る.最 下 点 時 に お い てNSお
よ びKPS
はHDSと
比 較 して 下 腿 が 前 傾 した姿 勢 に あ り,
挙上 に よ って 立 位 に戻 る た め には よ り大 きな足 関
節伸 展 トル ク が 要 求 され る.そ
の結 果 と してNS
お よ びKPSがHDSよ
り も有 意 に高 い 値 を 示 し
た と考 え られ る.し か し,足 関 節伸 展作 用 を持 つ
腓腹 筋 の 活 動 量 に お い て有 意 差 は認 め ら れ ず,全
試技 共 通 して低 い値 で あ っ た.腓 腹 筋 は 足 関節 と
膝 関節 を ま た ぐ二 関節 筋 で あ るた め,そ の張 力 が
膝 関節 屈 曲へ 作 用 しな い よ う に,活 動 が 抑 制 され
た と考 え られ る.試 技 間 に て 認 め られ た 足 関節 伸
展 トル クの 有 意 差 は,ヒ ラ メ筋 な どの単 関節 筋 が
影響 し て い る可 能 性 が 示 唆 され るが,本 研 究 で は
測定 し て い な い た め 明 ら か に す る こ と は 出 来 な
い.
KPSは
膝 関 節 位 置 を後 方 へ 移 動 させ な が ら挙
上 を行 う動 作 形 態 で あ る.実 際 の競 技場 面 に お い
て,膝 関 節 位 置 を後 方 へ 移 動 させ なが ら伸 展 させ
る とい う動 作 は極 め て少 な く,対 人競技 な どにお
いて 相 手 と向 か い合 っ た ま ま後 方へ 下 が る動 作 な
どが,そ
れ に近 似 して い る と考 え られ る.ま た,
空手 に お け る前 蹴 り動 作 の よ う に,身 体 前 方へ 股
関節 と 膝 関節 を伸 展 させ る よ う な動 作 に お い て も
KPSに
近 似 した 動 作 形 態 が 生 じる.し か し,ど
ち ら も限定 され た局面 で しか 生 じ得 ない 運 動 で あ
るた め,ス
ク ワ ッ トにて 大 腿 直 筋 を強 化 した い と
い う特 別 な 理 由 が な け れ ば,NSも
し く はHDS
の よ うな動 作 形 態 を採 用 す るべ きで あ る と考 え ら
れ る.
また,KPSは
大 腿 二 頭 筋 の 活 動 量 が 少 な く,
挙 上 時 に お い て はHDSお
よ びNSよ
り も有 意 に
低 い値 を示 して い る.こ の よ う に,ハ ムス トリ ン
グス の活 動 が 低 い状 態 で,大
腿 四 頭筋 の 強 い 活 動
が 生 じる と,大 腿 四 頭 筋 に よ る 膝 関節 剪 断 力31)
に対 抗 す る力 が な くな って し ま う とい う問 題 が 生
じる.ス ク ワ ッ ト中 に生 じる 膝 関節 剪 断 力 は,沈
み 込 みが 深 く な り,膝 関 節 が 屈 曲す るほ ど大 き く
なる5)と され,大 腿 四 頭 筋 と 同時 にハ ム ス トリ ン
グスが 収 縮 して 頸骨 を後 方 へ 牽 引 し,剪 断 力 を相
殺 す る こ とで 膝 関節 を安 定 させ て い る36).ま た,
主働 筋 と拮 抗 筋 の共 収 縮 が 働 か ない よ う な トレー
ニ ング は,実 際の運動 につ なが りに くく,関 節が
不 安 定 な 状 態 に あ り,靱 帯 な どの 組 織 の 負 担 が
増 大 す る た め,傷 害 の 危 険 性 もあ る と さ れ て い
る37).
本 研 究 に お け るKPSで
の 膝 関 節 最 小 角 度 は
80。程 度(図5)で
あ る た め,さ
ほ ど大 き な 膝 関 節
剪 断力 は 生 じて い ない と考 え られ るが,ハ
ム ス ト
リ ングス の 活 動 が ほ とん ど認 め られて い な い こ と
を考 え る と,KPSに
て 深 く沈 み込 みす ぎ,膝
関
節屈 曲角 度 を 大 き く しす ぎ る と,傷 害 の 危 険 性 も
高 くなる た め 注 意 が必 要 で あ る.
また,本 研 究 にお い て,最
も一般 的 な ス ク ワ ッ
ト と し て 設 定 し たNSは,大
腿 直 筋 に お い て
KPSほ
どの 活 動 量 は 認 め ら れ な か っ た も の の,
HDSよ
りは 有 意 に高 い 値 が 認 め られ た.ま
た,
外 側 広 筋 も他 の試 技 と同様 に高 い活 動量 を示 して
い る もの の,ハ
ム ス トリ ン グ ス の 活動 量 はKPS
よ りも有 意 に高 く,大 殿 筋 お よび脊柱 起 立 筋 以外
の筋 は全 てHDSと
同様 の 値 を示 して い る.関 節
伸 展 トル ク に お いて も,足 関 節 お よび膝 関 節 に お
い て は,KPSに
比 較 的 近 い 値 を示 し,股 関 節 に
お い て はHDSに
比 較 的 近 い 値 を示 して い る.こ
れ らの こ と か らNSは
膝 関 節 の傷 害 の危 険 性 を抑
え なが ら,股 関 節 お よび膝 関 節 伸 展 筋 群をバ ラ ン
ス 良 く強化 で き る動作 形 態 で あ る と考 え られ る.
こ の よ うな ス ク ワ ッ トは,下 肢 筋 群 全体 の強化 を
目 的 とす る トレー ニ ング初 心 者 に非 常 に有効 で あ
る と考 え られ る.
フ リー ウ ェ イ ト トレー ニ ン グで あ るス クワ ッ ト
は,動 作 形 態 の 選択 幅 が非 常 に 大 き い トレー ニ ン
グ手段 であ る.ト
レー ニ ン グ実 践 者 は,強 化対 象
とす る筋,そ
して 専 門 とす る競 技 種 目の動作 特 性
を認 識 し,目 的 に 応 じて ス ク ワ ッ トにおける動 作
形 態 を選 択 す る べ きで あ る.
V.ま
と
め
本研 究 の 目 的 は,ス ク ワ ッ トに お ける動作 形 態
の 変 化が,股
関 節 と膝 関節 まわ りの 筋 の活動 お よ
び 関節 トル ク に 与 え る 影 響 を検 証 す る こ とで あ
る.実 験 試 技 は 大転 子 位 置 を前 後 させず,主 に足
関 節 お よ び膝 関 節 の屈 伸 の み で 下 降 お よび挙 上 を
行 うKnee push squat(KPS),膝
関 節 位置 を前 後
させ ず,主 に足 関節 お よ び股 関節 の 屈伸 のみで 下
降 お よ び挙 上 を行 うHip drive squat(HDS)お
よ
び,そ の 中 間型 と して,大 転 子 と膝 関節 中心 を結
んだ線 分 の 中点 を前 後 させ ず,垂
直 に下 降お よ び
挙 上 を行 うNormal
squat(NS)の
三 種 類 と した.
各 試 技 中 に お け るEMG,キ
ネマ テ ィクスお よ び
キ ネテ ィク ス デ ー タを測 定 お よび 算 出 した結 果,
以 下 の こ とが 示 され た.
1.HDSの
動 作 形 態 に お い て は,股 関節 の 屈
曲角 度 が 大 き く,大 殿 筋 の 強 い 活動お よ び大
腿 二 頭 筋 と外 側 広 筋 と の強 い 共 収縮が認 め ら
れ た.こ
の 結 果 か ら,HDSは
疾 走 をは じめ
とす る 多 くの競 技 運 動 に近 い 条 件で,股 関 節
伸 展 筋 群 を強 化 で き る可 能 性 が 示唆 され た.
2.KPSの
動 作 形 態 に お い て は,膝 関節 の 可
動 範 囲 が 大 き く,外 側 広 筋 の み で な く大 腿 直
筋 の 強 い 活 動 が 認 め ら れ た.こ
の結果か ら,
KPSは
大 腿 広 筋 群 よ りは 刺 激 を加 えに く い
とされ る大 腿 直 筋 も強 化 で き る 可能性が 示 唆
され た.し
か し,大 腿 四頭 筋 の 大 きな活 動 に
対 して,拮 抗 筋 で あ る大 腿 二 頭 筋の活動 が 少
ない た め,大 腿 四頭 筋 の張 力 に よって生 じる
動 作 形 態 の 異 な るス クワ ッ トが股 関節 と膝 関 節 ま わ りの筋 の 活 動 お よ び関節 トル ク に与 え る 影 響 335
膝関節 剪 断 力 を相殺 で きな い 可 能性が考 え ら
れる.KPSに
お い て は,過
度 に 膝関節 を 屈
曲 して し ま う と傷害 の危 険 性 が 生 じるため,
注意が 必 要 で あ る.
(受理日
平 成16年4月19日)
VI引
用 文
献
1) 小 山 裕 史,新 ト レ ー ニ ン グ 革 命,講 談 社,東 京, 1994, 56-58.2) Escamilla, R. F., Fleisig, G. S., Zheng, N., Barrentine,
S. W., Wilk, K. E., and Andrews, J. R.:
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