76 柴山ほか. 緒言 110 m ハードル走 ( 以下 110 mh 走と表記 ) は, 9.14 m 間隔で置かれた高さ1.067 m のハードルを10 台越えて, スタートからゴールまでをできる限り短い時間で走り抜ける競技である.110 mh 走の世界記録は2008 年に Dayron Rob

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1 体育学研究 , 一流 110 m ハードル走選手の 1 サイクル動作に関するキネマティクス的研究 疾走速度および脚長と動作の関連から 柴山一仁 1) 藤井範久 2) 阿江通良 2) Kazuhito Shibayama 1, Norihisa Fujii 2 and Michiyoshi Ae 2 :Kinematicstudyof1 cycle motion in elite 110 m hurdlers: Focusing on relations between running velocity, leg length and motion. Japan J. Phys. Educ. Hlth. Sport Sci. 56: 75 88, June, 2011 Abstract The purpose of this study was to investigate the kinematic characteristics of World and Japanese elite 110 m hurdlers during 1 cyclemotioninrelationtorunningvelocityandleglength. Twenty-nine male hurdlers (SB: s) participated. The motions from touchdown of the lead legatthe6thhurdle(1st step) to touchdown of the takeoš leg at the 7th hurdle (4th step) were videotaped using a digital VTR camera (60 Hz), and two-dimensional coordinates were calculated based on calibration marks. The motions from touchdown of the takeoš leg at the 7th hurdle to touchdown of the leadlegatthe7thhurdle(1st step) were videotaped using two high-speed VTR cameras ( Hz), and converted to two-dimensional coordinates after calculation of the three-dimensional coordinates using a DLT method. Kinematic parameters were calculated, including step length, step frequency, angles and angular velocities of the shank and thigh, and durations of the support and airborne phases. Stepwise multiple regression analysis was conducted with kinematic parameters as dependent variables, and with runningvelocityandleglengthasindependentvariablesatp<.05. The results were as follows: (1) Faster hurdlers achieved a higher step frequency with less range of thigh motion of the takeoš leg during the 2nd step. (2) The 3rd step played a role in adjusting the step length and preparing for hurdling, especially in hurdlers with a shorter leg length when preparing to increase the vertical GRF in the 4th step. (3) The allocation of time from takeoš at the 4th step to touchdown at the 2nd step was dependent on leg length. (4) Faster hurdlers achieved smaller vertical displacement of CG during the 1st step by shortening the support time to keep the position of the thigh perpendicular at the 2nd step. These results show that faster hurdlers achieved shorter durations of 1 cyclemotionbecauseoftheincreasinginhorizontal CG velocity during the shorter support time at the 2nd step. Key words the 2nd step, acceleration in short time, range of thigh motion キーワード 2 歩目, 短時間での加速, 大腿の動作範囲 1) 筑波大学大学院人間総合科学研究科 茨城県つくば市天王台 ) 筑波大学体育科学系 茨城県つくば市天王台 連絡先柴山一仁 1. Graduate School of Comprehensive Human Sciences, University of Tsukuba 1 1 1, Tenno-dai, Tsukuba, Ibaraki Institute of Health and Sports Sciences, University of Tsukuba 1 1 1, Tenno-dai, Tsukuba, Ibaraki Corresponding author shibayama@lasbim.taiiku.tsukuba.ac.jp

2 76 柴山ほか. 緒言 110 m ハードル走 ( 以下 110 mh 走と表記 ) は, 9.14 m 間隔で置かれた高さ1.067 m のハードルを10 台越えて, スタートからゴールまでをできる限り短い時間で走り抜ける競技である.110 mh 走の世界記録は2008 年に Dayron Robles 選手 (CUB) がマークした12.87 s であるのに対し, 日本記録は2004 年に谷川聡選手がマークした s であり, 大きく差をつけられている. このような現状から, 日本人選手の競技力向上への示唆を明らかにすることを目的とした研究が散見される ( 森田ほか,1994 伊藤 富樫,1997 磯ほか,2002 谷川ほか,2002 大橋ほか, 2006). 森田ほか (1994) は, 世界陸上東京大会の優勝選手と日本人選手の踏切および着地動作を分析し, 優勝選手は支持脚の膝関節を屈曲し続ける 引っかき型 の踏切であったのに対し, 日本人選手は膝関節の屈曲伸展動作を伴う 屈伸型 の踏切であったと報告している. 谷川ほか (2002) は,14 秒台から13 秒台までの日本人選手を対象に, インターバル走動作の技能差を検討し, 1 インターバルの平均走速度が高い被験者ほど, ハードリング後の着地時の重心高が高く,2 歩目ではスプリントに近い動作を行い,3 歩目では被験者によって踏切準備動作とスプリントに近い動作に分かれたことを報告している. インターバル走およびハードリングの各歩には, それぞれ固有の役割があることが指摘されており (McDonald, 2002), それらの関連性を考慮してパフォーマンス向上への示唆を明らかにするためには, インターバル走動作およびハードリング動作 ( 以下 1 サイクル動作と表記 ) を連続的に分析する必要があると考えられる. しかし, これまでの研究は, インターバル走動作またはハードリング動作のどちらかに着目して分析したものが多い. 数少ない 1 サイクル動作を分析した研究として, 伊藤 富樫 (1997) の大学男子選手を対象としたハードル走速度と動作の関連を分析した研究があり, ハードル走速度と有意な相関が 認められたキネマティクスおよびキネティクス的パラメータは, 踏切動作と着地動作に多くみられたことが報告されている. しかし,1 サイクル各歩の動作を詳細に分析し, 各歩相互の関連について考察した研究はみられない. 宮下 (1991) が どの競技者も同じ高さのハードルを越えなければならないために, 身長特に脚長に優れていることが非常に有利となる と述べているように, 現在の一流 110 mh 走選手には高身長の選手が多い ( 谷川,2006). しかし, 世界陸上競技選手権大会で 4 度の優勝を果たしている Allen Johnson 選手 (USA) のように, 比較的低身長 (1.78 m) でも高いパフォーマンスを達成している選手も存在している. このような選手では, 高身長の選手とは異なったハードル走技術を用いていると考えられるが, 身長や脚長を考慮して 1 サイクル動作を分析した研究は見当たらない. 選手の形態的特徴を考慮して動作分析を行うことによって, 日本人選手の技術改善の方向性を示すことができるだろう. そこで, 本研究では, 一流 110 mh 走選手の 1 サイクル区間の動作を分析し, 疾走速度および脚長と関係のあるキネマティクス的特徴を明らかにすることを目的とした.. 方法. 分析対象者 2007 年から2008 年に開催された公認競技会における110 mh レースに参加した男子選手 29 名を分析対象者とし,Table 1 にその特性を示した. 分析対象者には, 世界記録保持者やオリンピック優勝者などの世界一流選手, 日本選手権優勝者や日本学生選手権優勝者などの日本一流および学生一流選手を含んでいた. なお, シーズンベスト記録 (SB) に対する当該競技会における記録 (RT) の達成率 (SB/RT) が98 以上を達成したものを分析対象とした.. VTR 撮影 110 mh レース中の 6 台目ハードルのリード脚

3 110 mh 走の 1 サイクル動作に関する研究 77 Table 1 Characteristics of the subjects Mean±SD Range (max min) Height (m) 1.84± Leg length (m) 0.85± Mass (kg) 74.6± Season best (s) 13.65± Time in analyzed race (s) 13.77± Achievement ratio ( ) 99.16± Duration of 1cycle (s) 1.07± の接地から,7 台目ハードルの踏切脚の接地まで ( インターバル区間 ) を 1 台のデジタル VTR カメラ (DCR VX2000または HDR FX1, SONY 社製, 撮影スピード毎秒 60コマ, 露出時間 1/ 1000 秒 ~1/2000 秒 ) を用いて撮影を行った. また,7 台目ハードルの踏切脚の接地からハードリング後のリード脚の離地まで ( ハードリング区間 ) を 2 台の高速度 VTR カメラ (HSV 500C 3,NAC 社製, 撮影スピード毎秒 250コマ, 露出時間 1/ 1000 秒または Phantom V4.3, Nobby Tech 社製, 撮影スピード毎秒 200コマ, 露出時間 1/600 秒 ~ 1/5000 秒または Exilim EX F1, CASIO 社製, 撮影スピード毎秒 300コマ, 露出時間 1/1000 秒 ) を用いて撮影を行った. なお, 設定した画角の範囲外であったが, 一方の高速度 VTR カメラで撮影した画像には, 撮影した全ての競技会で 6 台目ハードルのリード脚接地から 7 台目ハードルのリード脚接地までが映っていた. レース中の各区間平均走速度の推移を調べるために,1 台または 2 台のデジタル VTR カメラ (DCR VX2000, SONY 社製, 撮影スピード毎秒 60コマ ) を用いて, スタートピストルの閃光を露出時間 1/60 秒で撮影後, 露出時間 1/1000 秒で分析対象者の追従撮影を行った. なお, 本研究で用いた VTR 画像の一部は, 財日本陸上競技連盟科学委員会によって撮影されたものである.. データ処理 インターバル区間インターバル区間を対象に, 撮影した VTR 画像から選手の身体計測点 25 点と, 走路の両側に 1 m もしくは 2m 間隔で設置した較正マークを動作分析装置 (Frame-DIAS II, DKH 社製 ) を用いてデジタイズした. 得られた身体の 2 次元座標を較正マークをもとに実座標に換算した. ハードリング区間ハードリング区間を対象に, 撮影した VTR 画像から選手の身体計測点 25 点と, 左右方向 (X 方向 )5.0 m, 進行方向 (Y 方向 )8m, 鉛直方向 (Z 方向 )2.5 m の範囲に,X 方向では1.25 m または2.5m, Y 方向では 2m,Z 方向では0.5 m ごとに設置したコントロールポイントを, 動作分析装置 (Frame-DIAS II, DKH 社製 ) を用い2 コマごとにデジタイズした.2 つの VTR 画像の身体計測点とコントロールポイントの 2 次元座標から,DLT 法 (Abdel-Aziz and Karara, 1971) により 3 次元実座標を算出した. 身体計測点の 3 次元座標値算出における標準誤差の最小値と最大値は,X 方向 m, Y 方向 m, Z 方向 m であった. 本研究では, 矢状面における 2 次元的な動作を分析するため,3 次元座標を矢状面 2 次元座標に変換後, インターバル区間の 2 次元座標と統合した. 平滑化得られた座標値は, バタワース型デジタルフィルタを用いて平滑化した. このときの遮断周波数は,Wells and Winter (1980) の方法により分析点の座標成分ごとに決定した ( インターバル区間 Hz, ハードリング区間 5 15 Hz). 重心変位および速度平滑化した身体分析点の座標データから, 阿江 (1996) の身体部分慣性係数を用いて身体部分および全身の重心座標を算出した. また, 身体重心座標を数値微分することにより身体重心速度を算出した. レース分析追従撮影によって得られた映像に VTR タイマーを映し込み, スタートピストルの閃光,10

4 78 柴山ほか Fig. 1 Classiˆcation of the movements. 回のハードリング後のリード脚接地時の時刻を読み取り, 各区間タイムを算出した. そして, 各区間タイムをハードル間の距離 (9.14 m) で除することによって, 各区間の平均速度を算出した. また, 尾縣 (1999) にならい, スタートから 1 台目ハードルまでのアプローチ区間は, 着地側の距離を考慮し1.6 m を加えた15.32 m とし,10 台目ハードルからゴールまでのランイン区間は, 1.6 m を減じた12.42 m として平均速度を算出した. Fig. 2 Denitions of the segment angles.. 局面分け本研究では, ハードリング区間の撮影範囲の都合上,6 台目ハードルのリード脚の離地 (1 oš) から 7 台目ハードルのリード脚の離地 (1 oš) までを 1 サイクルとして,Fig. 1 に示すような動作時点と局面を定義した.. 算出項目 疾走速度動作分析の対象とした 6 台目ハードルから 7 台目ハードルまでの 1 サイクルに要した時間を, 高速度カメラ ( Hz) で撮影されていた VTR 画像から読み取り,1 インターバルの距離 (9.14 m) を時間で除したものとした. 脚長ハードリング区間の VTR 画像から得られた各身体計測点の 3 次元座標から, 股関節中心点から膝関節中心点までの距離を大腿長, 膝関節中心点から足関節中心点までの距離を下腿長として算 出し, 大腿長と下腿長の和を脚長とした. ストライド接地した足のつま先と次の歩のつま先の水平座標値の差をストライドとした. ピッチ接地から次の接地までに要した時間の逆数をピッチとした. 下肢の部分角度と角速度 Fig. 2 に示すように, 反時計回りを正として大腿および下腿の部分角度を算出し, さらに数値微分することで角速度を算出した. 本研究では,3 次元的な動作を行っていると考えられる 4 歩目滞空期 ( ハードリング ) 中の踏切脚の動作については考察対象から除外した. なお大腿の角速度は, 正の値を前方スイング, 負の値を後方スイング, 下腿の角速度は正の値を後方回転, 負の値を前方回転と定義した. 踏切距離と着地距離 4 oš のつま先とハードルの水平座標値の差を

5 110 mh 走の 1 サイクル動作に関する研究 79 踏切距離, ハードルと 1 on のつま先の水平座標値の差を着地距離とした. 支持時間と滞空時間高速度カメラで撮影した VTR 画像から, 各歩の接地と離地のコマを読み取ることによって, 支持時間と滞空時間を算出した. 4 歩目における水平速度の減速量 4 歩目の接地瞬間の身体重心水平速度と, 支持期中の水平速度の最小値との差を,4 歩目における水平速度の減速量とした. Table 2 Correlation matrix of running velocity and leg length (n=29) Variables Running velocity Leg length Running velocity.557 Leg length : p<.01. 規格化および統計処理疾走速度および脚長と各算出項目の関係性を検定するために, 統計処理ソフト (PASW Statistics 18.0, SPSS Inc.) を用いて疾走速度と脚長を独立変数, 各算出項目を従属変数とした重回帰分析 ( ステップワイズ法, 有意水準 5 ) を行った. 2 つの独立変数の標準偏回帰係数がともに有意であった項目に関して, 各独立変数の標準偏回帰係数と, 独立変数と従属変数間の相関係数の積を求めることにより, それぞれの独立変数の寄与率を算出した. 角度および角速度については, 各歩の支持時間, 滞空時間の平均値をもとに 1 サイクル動作を に規格化し (1 歩目滞空期 0 5,2 歩目支持期 5 17,2 歩目滞空期 17 27,3 歩目支持期 27 38,3 歩目滞空期 38 46,4 歩目支持期 46 57,4 歩目滞空期 57 91,1 歩目支持期 ), 規格化時間 1 ごとに同様に重回帰分析を行った. 後述する結果のグラフでは, 疾走速度および脚長に関して標準偏回帰係数が統計的に有意であった箇所に および をそれぞれ表示した. なお, グラフの上部にマークがある場合は従属変数に正の影響を, グラフの下部にマークがある場合は従属変数に負の影響を与えていることを示している. また, 疾走速度または脚長を独立変数とし,3 歩目のストライド,4 oš から 2 on までの時間に対する 4 歩目滞空期,1 歩目支持期および滞空期の各局面時間の割合を従属変数とした単回帰分析を行った ( 有意水準 5 ). Fig. 3 Change in velocity during analyzed races.. 結果. 独立変数間の相関行列 Table 2 は重回帰分析に使用した独立変数の相関行列を示したものである. 疾走速度と脚長の間に有意な正の相関関係が認められた (p<.01).. レース分析 Fig. 3 は各区間の平均速度を分析対象者の平均と標準偏差で示したものである. 最大速度の出現が最も多くみられた区間は第 4 インターバルであり ( 分析対象者 29 名中 20 名 ), 本研究の分析区間である第 6 インターバルの最大速度区間に対する達成率は平均 98.4 であった. この達成率と, 疾走速度および脚長の間に有意な相関関係は認められなかった.. 基礎パラメータ.. 身体重心速度 Fig. 4 は,1 サイクル区間の身体重心水平速度

6 80 柴山ほか の変化を分析対象者の平均とその標準偏差で示したものである. 支持期の速度変化は,1 歩目 ( ) と 3 歩目 (27 38 ) でやや加速し,2 歩目 (5 17 ) で最も加速が大きく,4 歩目 (46 57 ) で減速していた.1 サイクル区間にわたって (0 100 ), 疾走速度が大きい選手ほど身体重心速度が大きかったが, 身体重心水平速度と脚長との間に有意な相関関係は認められなかった... 身体重心高 Fig. 5 は,1 サイクル区間の身体重心高の変化を分析対象者の平均とその標準偏差で示したものである. ハードリング以外のほとんどの区間にわたって (0 68, ), 脚長が長い選手ほど身体重心高が高かった... ストライド, ピッチ Table 3 は, 各歩のストライド, ピッチを従属変数, 疾走速度と脚長を独立変数とした重回帰分 Fig. 4 Change in horizontal velocity of CG during 1cycle motion. Fig. 5 Change in vertical displacement of CG during 1cycle motion. Table 3 The ešects of running velocity and leg length on step length and step frequency Dependent variables (mean±sd) Independent variables (b) Running velocity Leg length R 2 Step length (m) Step frequency (s -1 ) 1st step (1.41±0.08) 2nd step (2.01±0.08) 3rd step (1.87±0.11) 4th step TakeoŠ distance (2.16±0.14) Landing distance (1.63±0.18) st step (6.83±0.62) 2nd step (4.25±0.27) rd step (5.08±0.31) 4th step (2.05±0.12) (Contribution ratio ) : p<.05, : p<.01, : p<.001

7 110 mh 走の 1 サイクル動作に関する研究 81 析の結果を示したものである. 表中の b はそれぞれの独立変数の標準偏回帰係数を示しており, b が正の値であれば独立変数が大きいほど従属変 Fig. 6 Relationship between step length at 3rd step and average horizontal velocity (above) and Leg length (below). 数が大きく, 負の値であれば独立変数が大きいほど従属変数が小さくなることを示している.2 つの独立変数の標準偏回帰係数がともに有意であった項目に関しては, 各独立変数の寄与率を項目下の括弧内に示した. 2 歩目では, 疾走速度が大きい選手ほどピッチが高かった.4 歩目のピッチは, 疾走速度が大きい選手ほど高く, また脚長が長い選手ほど高かった. このとき, より疾走速度の寄与率が高かった. 4 歩目のストライドは, 脚長の長い選手ほど踏切距離が長く, 着地距離が短かった. Fig. 6 は,3 歩目のストライドと疾走速度および脚長の関係を示したものである. 両者の間に有意な相関関係は認められなかった... 支持および滞空時間 Table 4 は各歩の支持時間, 滞空時間を従属変数, 疾走速度と脚長を独立変数とした重回帰分析の結果を Table 3 と同様に示したものである.1 歩目支持期,2 歩目支持期および滞空期の時間は, 疾走速度の大きい選手ほど短かった.1 歩目滞空期の時間は, 脚長の長い選手ほど長かった. 4 歩目滞空期の時間は, 疾走速度が大きい選手ほど短く, また脚長が長い選手ほど短かった. このとき, より疾走速度の寄与率が高かった. Table 4 The ešects of running velocity and leg length on durations of support and airborne phases Dependent variables (mean±sd) Independent variables (b) Running velocity Leg length R 2 1 support (0.09±0.01) airborne (0.05±0.01) Durations of support and airborne phases (s) 2 support (0.13±0.01) airborne (0.11±0.01) support (0.12±0.01) 3 airborne (0.08±0.01) 4 support (0.13±0.01) 4 airborne (0.36±0.03) (Contribution ratio ) : p<.05, : p<.01, : p<.001

8 82 柴山ほか Table 5 The ešects of running velocity and leg length on vertical velocities of CG at touchdown and takeoš and change of horizontal CG velocity during 4th step Dependent variables (mean±sd) Independent variables (b) Running velocity Leg length R 2 Vertical velocities of CG (m/s) 1st step 2nd step 3rd step 4th step on (-1.40±0.20) (Contribution ratio ) oš (-0.92±0.20) on (-0.90±0.23) oš (0.21±0.14) on (-0.34±0.10) oš (0.20±0.17) on (-0.19±0.13) oš (1.96±0.14) Change in horizontal CG velocity (m/s) 4th step (0.51±0.17) : p<.05, : p<.01, : p< 身体重心鉛直速度, 歩目における水平速度の減速量 Table 5 は各歩の接地時および離地時の身体重心鉛直速度,4 歩目における水平速度の減速量を従属変数, 疾走速度と脚長を独立変数とした重回帰分析の結果を Table 3 と同様に示したものである.1 歩目接地時の身体重心鉛直速度は, 疾走速度が大きい選手ほど大きく, また脚長が長い選手ほど大きかった. このとき, より脚長の寄与率が高かった.2 歩目離地時の身体重心鉛直速度は, 疾走速度が大きい選手ほど小さかった.4 歩目離地時の身体重心鉛直速度は, 脚長の長い選手ほど小さかった. 疾走速度および脚長に,4 歩目における水平速度の減速量に対する有意な相関はみられなかった... oš から on までの各支持期および滞空期時間の割合 Fig. 7 は, 脚長と 4 oš から 2 on までの時間に対する 4 歩目滞空期,1 歩目支持期および滞空期の各局面時間の割合の関係を示したものである. 4 oš から 2 on までの時間に対する 4 歩目滞空期の時間の割合は, 脚長の長い選手ほど小さく, 1 歩目滞空期の時間の割合は, 脚長の長い選手ほど大きかった. 脚長と 1 歩目支持期の時間の割 合には, 有意な相関関係は認められなかった.. 下肢のキネマティクス.. リード脚の動作 Fig. 8 は 1 サイクル区間のリード脚下腿および大腿の角度, 角速度の変化を, 分析対象者の平均と標準偏差で示したものである. 2 歩目支持期から滞空期 (14 20 ) において, 疾走速度が大きい選手ほど大腿の角速度が有意に小さく,2 歩目滞空期 (19 25 ) の大腿角度が有意に小さかった. 1 歩目接地前から支持期において (88 92, ), 疾走速度が大きい選手ほど下腿の前方回転角速度が有意に大きく, 支持期 (95 99 ) の大腿角速度が有意に大きかった... 踏切脚の動作 Fig. 9 は 1 サイクル区間の踏切脚下腿および大腿の角度, 角速度の変化を, 分析対象者の平均と標準偏差で示したものである. 1 歩目滞空期から 2 歩目支持期 (4 9 ) において, 疾走速度が大きい選手ほど大腿角度が有意に小さく,2 歩目接地時では値が 0 に近く, 大腿部がより鉛直に近かった.2 歩目支持期 (11 15 ) において, 疾走速度が大きい選手ほど下腿の

9 110 mh 走の 1 サイクル動作に関する研究 83 が大きい選手ほど大腿後方スイング角速度が大きく, ほぼ同じ局面 ( ) において脚長の長い選手ほど大腿角度が有意に大きかった.. 考察. 本研究の分析区間について Susanka (1990) は,110 mh 走において, 最大速度区間に対する達成率が97 以上の区間を速度維持区間としている. 本研究の分析区間である 6 台目ハードルから 7 台目ハードルにおける達成率は平均 98.4 であり, 達成率と疾走速度に有意な相関がみられなかったことに加え, 達成率が97 未満の選手は29 名中 4 名であったことから, 本研究の分析区間は速度維持区間に該当していたといえる. Fig. 7 Relationship between leg length and the ratio of durations of airborne phase at 4th step (above), support phase at 1st step (mid) and airborne phase at 1st step (below) divided by duration from 4 oš to 2 on. 前方回転角速度が有意に大きく, ほぼ同じ局面において (12 15 ) 大腿の後方スイング角速度が有意に小さかった.2 歩目支持期から滞空期 (14 21 ) において, 疾走速度が大きい選手ほど大腿角度が有意に大きかった. 3 歩目支持期から滞空期 (33 39 ) において, 脚長の長い選手ほど大腿角度が有意に小さく,3 歩目滞空期から 4 歩目支持期 (43 49 ) の大腿後方スイング角速度が有意に小さかった. 1 歩目支持期 ( ) において, 疾走速度. 各歩のキネマティクス的特徴.. 歩目 ( 支持脚 踏切脚 ) ピッチと疾走速度には有意な相関が認められたが, ストライドと疾走速度に有意な相関がみられなかったことから (Table 3),2 歩目において大きい速度で疾走するためには, 高いピッチを獲得する必要があると考えられる. 疾走速度の大きい選手は, 短い支持時間で疾走するために (Table 4), 接地時に踏切脚の大腿がより鉛直に近く, ハードリングからの振り下ろしによって生じた大腿の大きな後方スイング角速度を支持期の後半に再増加させないことによって, 大腿の動作範囲を小さくしていた (Fig. 9). また, 支持期後半の踏切脚下腿の前方回転角速度が大きく, 大腿の後方スイング角速度が小さかったことから (Fig. 9), 膝関節の伸展が小さくなり, 離地時の身体重心鉛直速度が小さかったと考えられる (Table 5). さらに, 支持期から滞空期にかけて, 疾走速度の大きい選手ほどリード脚の大腿角速度が小さかったことから (Fig. 8), 次の歩を素早く接地することができ, 滞空時間を短くすることができていたと考えられる (Table 4). 伊藤 富樫 (1997) は, 大学男子ハードル走選手の 1 サイクル動作を分析し,2 歩目支持期の

10 84 柴山ほか Fig. 8 Changes in the angles and angular velocities of shank and thigh of lead leg during 1cycle motion. 関節トルクの変化について報告している. それによると,2 歩目支持期の踏切脚では, コンセントリックな筋活動により股関節伸展トルクを発揮し, 離地直前に屈曲トルクに切り替わっていた. また, 馬場ほか (2000) は, 短距離走の関節トルクについて, 疾走速度が大きくなると, 支持期の股関節屈曲トルク発揮が徐々に早くなることを報告している. 詳細についてはキネティクス的分析を行う必要があるが, 本研究の結果とあわせて考えると, 疾走速度の大きい選手は大腿をより鉛直に近い姿勢で接地することにより, 接地時の股関節伸展トルクを小さくし, スプリント走と同様に支持期の屈曲トルクへの切り替えが早かった可能性がある. そして支持期後半の大腿後方スイング角速度を小さくでき, 大腿の動作範囲を小さくしていたと考えられる. これらのことは, スプリ ント走能力, 特に股関節屈曲筋群の強化によって 2 歩目のピッチを向上させることができる可能性を示していると考えられる. さらに, ストライドの標準偏差が小さく, 疾走速度および脚長に有意な相関がみられなかったことから (Table 3),2 歩目では疾走速度や脚長に関わらず 2m 前後のストライドを獲得していた. 脚長の長い選手ほどストライドの獲得が容易であると考えられるため, 脚長の短い選手が 2 歩目で高いピッチを獲得するには, 谷川 (2006) が身長の低い選手 ( cm) を Speed 型と分類しているように, スプリント走能力, 特に短い支持時間でより大きい加速力を発揮することのできる能力が必要とされるであろう... 歩目 ( 支持脚 リード脚 ) Weidner and Dickwach (1990) は, 走幅跳の踏

11 110 mh 走の 1 サイクル動作に関する研究 85 Fig. 9 Changes in the angles and angular velocities of shank and thigh of takeoš leg during 1cycle motion. 切準備局面のストライドパターンに関して, 最後の 1 歩は 2 歩前の となることを報告している. 本研究では 2 歩目に対する 3 歩目のストライド長が平均 93.5 であり, 身体重心が 1 サイクル中に最も低くなることから (Fig. 5), 谷川ほか (2002) が報告しているように,3 歩目では走り幅跳びと同様に踏切準備動作を行っていたと考えられる. また,3 歩目では 2 歩目とは異なり, 支持脚であるリード脚の動作と疾走速度との相関がほとんどみられなかった (Fig. 8). これは,3 歩目のストライド長が疾走速度や脚長に関わらず, 選手によって様々であったために (Fig. 6),3 歩目では踏切準備動作を行うとともに,1 サイクル動作においてストライドを調整する役割も担っていたことを示していると考えられ る. 山田 (1990) はハードル走の踏切支持期中の地面反力を変化させるシミュレーションを行い, 離地時の鉛直速度獲得には接地直後に生じる鉛直成分の第 1 ピークが必要であると述べている. また, 阿江ほか (1991) は, スプリント走の地面反力に関して, 鉛直地面反力に第 1 ピークがみられた被験者では, 最大下スピードにおける接地時の膝関節角度は, 第 1 ピークがみられない被験者よりも大きかったことを報告している. 本研究では,4 歩目接地時の下肢の角度と脚長に有意な相関がみられなかったものの, 脚長の短い選手ほど 3 歩目の離地前後の踏切脚大腿の振り上げが大きく, 滞空期の大腿後方スイング角速度が大きかったことから (Fig. 9),4 歩目接地直後の

12 86 柴山ほか 鉛直地面反力第 1 ピークを大きくするための踏切準備動作を 3 歩目で行っていたと考えられる. 以上のことから,3 歩目はストライドの調整とハードリングの踏切準備動作を行う歩であり, 脚長の短い選手ほど 4 歩目接地直後の地面反力鉛直成分を大きくするための踏切準備動作を行っていたと考えられる... 歩目 ( 支持脚 踏切脚 ) 4 歩目 ( ハードリング動作 ) は,Hay (1986) の走り幅跳びの報告と同様に, 支持期中に大きく減速しながら (Fig. 4), 身体重心を上昇させる踏切動作を行う歩である. 脚長の長い選手ほど踏切距離が長く, 着地距離が短かったことは (Table 3), 宮下 (1991) が述べているように, 主として身体の幾何学的条件によって踏切距離や着地距離が決まることを示していると考えられる. 疾走速度が大きく脚長の長い選手は, 滞空時間が短く, 高いピッチを達成しており, 疾走速度がより大きく影響していた (Table 3 および Table 4). 滞空時間が短かった要因は, 疾走速度の大きい選手は滞空期の平均速度が大きかったためであり, また脚長の長い選手ではハードルを越えるために必要な身体重心の上昇幅が小さく (Fig. 5),4 歩目離地時の身体重心鉛直速度が小さかったためである (Table 5).Hay (1986) は, 走り幅跳びの踏切において, 鉛直速度の増加量と水平速度の減少量との間に正の相関関係があることを報告している. 脚長の短い選手は, 踏切でより大きい鉛直方向の速度を獲得する必要があったため, 支持期の水平速度の減少が大きくなると予想されるが, 本研究ではそのような傾向がみられなかった (Table 5). この理由として, 脚長の短い選手ほど3 歩目の滞空期で踏切の地面反力第 1 ピークを大きくする動作を行っており, 本研究の分析対象者程度の身長があれば, 踏切支持期でそれほど大きく減速する必要がなかったと考えられる. また, 4 歩目の動作に関しては, 踏切脚の 3 次元的な動作を含めてさらに検討する必要があるだろう... 歩目 ( 支持脚 リード脚 ) 疾走速度が大きい選手ほど支持時間が短く (Table 4), 支持期のリード脚下腿前方回転角速 度が大きかった (Fig. 8). また, 接地時の負の身体重心鉛直速度は, 疾走速度が大きく脚長の長い選手ほど小さく, 脚長の影響がやや大きかった (Table 5). 伊藤 富樫 (1997) は,1 歩目支持期前半における足関節の負の仕事量と平均パワーは, ハードル走速度が大きい選手ほど小さいことを報告している. 本研究において, 脚長が短く疾走速度が小さい選手は,1 歩目接地時の大きな負の身体重心鉛直速度に抗するために,1 歩目支持期の力積を大きくする必要があった. そのためには, 足関節で大きな伸展力を発揮するか, または支持時間を長くすることになるが, 疾走速度が大きい選手ほど支持時間が短く, 脚長と 1 歩目の支持時間には有意な相関がみられなかった (Table 4). したがって, 脚長が長く疾走速度が大きい選手は, 結果的に足関節の負の仕事が小さくなっていたと考えられる. そして疾走速度が大きい選手のように 1 歩目の支持時間を短くすることは, 支持期中の身体重心の落下を抑え,2 歩目の接地時に大腿を鉛直に近い姿勢で接地することに貢献していたと考えられる. また, 疾走速度が大きい選手は, 支持期中に踏切脚大腿の後方スイング角速度を大きくすることによって, 短い支持時間での踏切脚の振り下ろしを可能にしていたと考えられる. これらのことから,1 歩目では短い支持時間で身体重心の落下を抑えることが重要であり, 脚長の長い選手は, 身体的特徴から支持時間を短くしやすかったと考えられる. しかし, 脚長の長い選手は,1 歩目支持期の踏切脚大腿角度が大きかったことから (Fig. 9), 振り下ろしに時間を要していた. その結果,1 歩目の滞空時間が長くなり (Table 4), 踏切脚の離地から接地まで (4 oš から 2 on まで ) の所要時間と脚長には有意な相関はみられなかった.2 歩目および 3 歩目の所要時間と脚長には有意な相関がみられなかったことから (Table 4), 疾走速度を一定とすれば, 脚長の長短によって,4 歩目から 1 歩目までの時間の配分が異なっていたと考えられる.4 歩目滞空期 (4 air),1 歩目支持期 (1 sup) および滞空期 (1 air) の時間は, 結果で示した単回帰式を用いて (Fig. 7), 以下

13 110 mh 走の 1 サイクル動作に関する研究 87 のような式で表すことができる. DT 4 air =Dt 4off 2on ( 0.430x+1.076) DT 1 air =Dt 4off 2on (0.330x-0.174) DT 1 sup =Dt 4off 2on -(DT 4 air +DT 1 air ) ここで,DT は 4 air, 1 sup, 1 air の各局面に要した時間,Dt 4off 2on は 4 oš から 2 on までに要した時間,x は脚長である. 上記の式では, 脚長が長いほど 4 air の時間が短く,1 air の時間が長くなる. 上記の式を用いることにより, 本研究の分析対象者と近い身体特性および競技力を持った選手であれば,4 oš から 2 on までの時間配分を評価できるだろう. 例えば, 本研究の分析対象者の一人 ( 脚長 0.81 m, 1 サイクル時間 1.12 s, Dt 4off 2on :0.54s) に上記の式を用いて理論値を計算すると,4 air, 1 sup, 1 air の時間はそれぞれ0.39 s,0.10 s,0.05 sと算出できる. しかし, 実測値はそれぞれ0.41 s, 0.10 s, 0.03 s であり, 理論値に比べて 4 air の時間が長く,1 air は短かった. 実測値と理論値に差が生じた要因として, この選手は着地距離が平均値 (Table 3) よりも大きく (1.84 m),1 歩目のストライドは小さかったことから (1.25 m), リード脚の振り下ろし動作のタイミングが遅れていたことなどが考えられる. これらのことから, から の式を用いることで,4 oš から 2 on までの選手の特徴を示すことができ, その他のパラメータと併せて考察することによって, 選手の課題を示すことができる可能性がある. また,4 oš から 2 on に要する時間の目標値を入力することで, 目標とすべき 4 oš から 2 on までの時間配分を具体的に算出できるだろう. 例えば, 前述の選手の場合,4 oš から 2 on までにかかった時間を0.49 s に短縮するためには, 4 air, 1 sup, 1 air の時間をそれぞれ0.36 s, 0.09 s, 0.04 s とする必要がある. これらの時間的情報は, 選手のトレーニングに有益な示唆を与えることができる可能性がある.. サイクル動作の特徴 McDonald (2002) は,1 サイクルの各歩の役 割について検討し,1 歩目では着地動作を行い, 2 歩目では加速し,3 歩目で踏切準備を行い,4 歩目で踏切動作を行うことを明らかにしており, 本研究においても同様の結果が得られた. その役割から,1 歩目と 3 歩目では大きく加速できないと考えられるため,1 サイクルを短い時間で疾走するには,2 歩目における加速が重要となる. 加速するためには地面に対して力積を作用させる必要があることから, 疾走速度の大きい選手は短い時間でより大きな力を発揮する能力に優れており, 結果として 2 歩目で高いピッチを獲得していたと考えられる. また,2 歩目の考察でも述べたように, 疾走速度や脚長に関わらず 2m 前後のストライドを獲得する必要があったことから, 脚長の短い選手はより大きな加速力を発揮できる能力が必要となるだろう. 以上のことから, 疾走速度の大きい選手は,2 歩目において短い時間で大きい力を発揮する能力が優れていたために,1 サイクル時間を短くすることができていたと考えられる. また, 加速区間 (Approach から第 3 インターバルまで ) や, 減速区間 ( 第 7 インターバル以降 ) では (Fig. 3), 本研究で述べた 1 サイクル動作における各歩の関係が異なっている可能性があるため, 今後は複数区間における 1 サイクル動作の変容についても検討する必要があるだろう.. まとめ 本研究の目的は, 一流 110 mh 走選手の 1 サイクル区間の動作を分析し, 疾走速度および脚長と関係のあるキネマティクス的特徴を明らかにすることであった. 得られた結果をまとめると, 以下のようになる. 本研究の分析区間である第 6 インターバルは, 一流選手では速度維持区間に該当していた. 2 歩目では, 疾走速度の大きい選手ほど支持期における踏切脚の大腿の動作範囲が小さく, 高いピッチで疾走していた. 3 歩目はストライドの調整とハードリングの踏切準備動作を行う歩であり, 脚長の短い選手

14 88 柴山ほか ほど 4 歩目接地直後の地面反力鉛直成分を大きくするための踏切準備動作を行っていた. 4 歩目から 1 歩目までの時間は, 脚長の長短によって配分が異なり, 回帰式を用いて時間配分の指標となる式を提示することができた. 1 歩目では, 疾走速度の大きい選手ほど支持時間が短いことによって身体重心の落下を抑えており, 支持期中に踏切脚大腿を振り下ろす角速度が大きかったことによって,2 歩目接地時に踏切脚の大腿を鉛直に近い姿勢で接地することができた. 以上のことから, 疾走速度が大きい選手ほど 2 歩目で高いピッチを獲得し, 短い時間で加速していたために,1 サイクルの動作時間を短くすることができていたと考えられる. また,2 歩目では 2m 前後のストライドを獲得する必要があったことから, 脚長の短い選手はより大きな加速力を発揮できる能力が必要となるだろう. 文献 Abdel-Aziz,Y.I.andKarara,H.M.(1971) Direct linear transformation from comparator coordinates into object space coordinates in close-range photogrammetry. Proceedings of the Symposium on Close-Range Photogrammetry, American Society of Photogrammetry: Falls Church, pp 阿江通良 宮下憲 大木昭一郎 (1991) スプリント走の地面反力. 陸上競技研究,7: 阿江通良 (1996) 日本人幼少年およびアスリートの身体部分慣性特性.Japanese Journal of Sports Science, 15(3): 馬場崇豪 和田幸洋 伊藤章 (2000) 短距離走の筋活動様式. 体育学研究,45(2): Hay, J.G. (1986) The biomechanics of the long jump. Exercise & Sport Sciences Reviews, 14: 礒繁雄 榎本靖士 中田和寿 羽田雄一 阿江通良 (2002) 一流 110 m ハードル選手のインターバル走に関するキネマティクス的研究. 陸上競技研究,49: 伊藤章 富樫勝 (1997) ハードル走のバイオメカ ニクス的研究 スプリント走との比較. 体育学研究, 42(4): McDonald, C. (2002) Hurdling Is Not Sprinting. Track Coach, 161: 宮下憲 (1991) 最新陸上競技入門シリーズ 4 ハードル. ベースボールマガジン社 東京,pp 森田正利 伊藤章 沼澤秀雄 小木曽一之 安井年文 (1994) スプリントハードル (110 mh 100 mh) および男女 400 mh のレース分析. 佐々木秀幸ほか監修日本陸上競技連盟強化本部バイオメカニクス研究班編世界一流陸上競技者の技術. ベースボールマガジン社 東京,pp 尾縣貢 (1999)T&F サイエンス講座ハードルレース中のスピード変化. 陸上競技マガジン,49(13): 大橋祐二 横澤俊治 門野洋介 藤井範久 阿江通良 (2006) 男子一流 110 m ハードル選手の踏切および踏切準備動作に関するバイオメカニクス的分析. 陸上競技研究紀要,2: Susanka, P. (1990) Presentation of biomechanical knowledge of hurdle running. In: Br äugemann, G.P., and R äuhl, J.K.(Eds.), Technique in athletics 1 The ˆrst international conference. I.A.A.F.: K äoln, pp 谷川聡 宮下憲 高松潤二 安井年文 金子公宏 (2002) ハイハードル走のインターバルランニングに関する研究. スプリント研究,12: 谷川聡 (2006) 世界トップレベルから見た110 m ハードル競走の競技特性. スプリント研究,16: Weidner, W. and Dickwach, H. (1990) Characteristics of the Long Jump Technique. Modern Athlete & Coach, 28: 3 6. Wells, R.P. and Winter, D.A. (1980) Assessment of signal noise in the kinematics of normal, pathological and sporting gaits. Human locomotion, 1: 山田憲政 (1990) ハードル走の踏切における減速成分の分析. 日本バイオメカニクス学会編ジャンプ研究. メディカルプレス 東京,pp 平成 22 年 3 月 25 日受付 ( 平成 22 年 12 月 6 日受理 ) Advance Publication by J-STAGE Published online 2011/1/15

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