ハンマースイングありとなしのスクワット運動における体幹と下肢の筋活動の違い

Oct 19, 2023

Scientific Reports volume 12、記事番号: 13387 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

摂動運動は下肢と体幹の筋肉を強化し、運動中に負荷をかける際にスイング摂動を追加すると、筋肉の活性化や筋力が向上する可能性があります。 本研究は、ハンメロビクスシンクロナイズドスクワット法を用いて、従来のアイソメトリックスクワット中の体幹と下肢の筋活動の変化とスイングの有無で変化するかどうかを確認することを目的としました。 12人の健康な男性がこの研究に参加した。 母趾外転筋、前脛骨筋、後脛骨筋、長腓骨筋、大腿直筋、大腿二頭筋長頭、半腱様筋、大殿筋、多裂筋、内腹斜筋の活動を、ハンメロビクスシンクロスクワットおよび従来のアイソメトリックスクワット中に表面筋電図を用いて測定した。 筋活動はスクワット法間で統計的に比較されました。 ハンメロビクスシンクロスクワットは、従来のアイソメトリックスクワットと比較して、両段階で母趾外転筋、前脛骨筋、後脛骨筋、長腓骨筋、半腱様筋、多裂筋を有意に活性化した。 ハンメロビクスと同期したスクワット運動は、体幹と足部の安定性を高める運動として考えることができます。

運動系と感覚系の間の絶え間ない通信に依存する運動制御は、脊椎の姿勢、安定性、動きにとって重要です1。 不安定な表面を使用するトレーニングは、体幹の筋肉の活動を増加させ、体幹の安定性とバランスを改善する可能性があることが示されています2。 神経筋の制御は、体幹の安定性と腰痛（LBP）の予防とリハビリテーションに重要な役割を果たします3。

スクワット運動は、神経筋の制御を高めるための代表的な運動の 1 つです。 スクワット運動は、太ももや多数の筋肉群を活性化するために最もよく知られ、定期的に使用される運動であり、スポーツ活動に限定されるものではなく、関節損傷後の下半身の筋肉や結合組織を強化するためのリハビリテーションにも使用されます。 介入研究として、高負荷の運動プログラムを週に2回、8週間にわたって実施したところ、ハーフバックスクワット運動により若いアスリートの脚の筋力とパワーが向上することが実証されました5。 スクワット中に生成されるパワーは、下肢の筋肉活動量に関連していることが示されています6。 スクワット運動では、体幹下部の筋肉の活動を最大化できる運動を分析することが重要です。

スクワット運動にさまざまな表面や条件を追加すると、下肢と体幹の筋活動が増加することが報告されています。 シェーファーら。 漕ぎ手の内部および外部摂動実験テストを使用して、不安定な状況を調査しました。 スポーツ特有の動きや姿勢は、不安定な地面、水で満たされたパイプ、または第三者からの押しを使用して、スクワットやローイングの姿勢で正確に実行されました7。 思春期のアスリートを対象に、224 のエクササイズ (ソフトパッド、バランスクッション、ボスボール、逆ボスボール、スイスボール、スラッシュパイプ、スリングトレーナーを使用) を 1 年間行った摂動ベースの介入により、体幹の筋力が向上し、屈筋と伸筋の間の筋力の不均衡が軽減されました。筋肉が改善され、腰痛の強度が軽減されました8。 さらに、不安定な状況を運動に利用することで、下肢と体幹の筋肉の安定性を高めることができます9。 このような水を満たした器具や土のうを使用すると、安定化作業のためのスクワットやクリーン アンド ジャーク運動中に下肢と体幹の安定筋が強化されます10。 いくつかの研究では、筋肉が効果的に活性化できるかどうかを判断するために、運動中の揺れる摂動運動に応じた筋肉の活動を調べています。 Saeterbakken et al. 前方/後方にスイングする振り子を追加することにより、通常のベンチプレスを比較しました11。 ヴァン・ゲルダーら。 彼らは、大殿筋、中殿筋、および大腿二頭筋の筋肉の活性化を高めることができるかどうかを判断するために、シングルアームまたはダブルアームのケトルベルを前後方向に振る運動を調査しました12。 ケトルベル スイング エクササイズは、6 週間のプログラムで最大筋力と瞬発力の両方を向上させます13。 これらの点に基づいて、運動時にスイング摂動負荷を追加すると、筋肉の活性化または筋力が向上する可能性があります。

Hammerobics™ エクササイズは、姿勢の安定性と筋肉の同時活性化を必要とする摂動エクササイズです14。 この運動はハンマー投げという運動競技に由来しており、パラメトリック励起の概念を利用しています。 パラメトリック励起の理論的システムは、エネルギー ポンピング システムを使用するフラフープ モデルを考慮することで理解できます 15,16。 ハンメロビクスシンクロナイズドスクワット（HSS）は、等尺性スクワット中に前後方向のスイング摂動運動を利用するエクササイズで、オリンピックリフティングバーの両側に競技会承認のハンマーが取り付けられ、姿勢を静的に維持します14。 バックスクワットの姿勢を保ちながら意識的にハンマーを振る運動は、下肢や足を含む体幹の筋肉の活動を高める可能性があります。 しかし、HSS における摂動ベースの安定化トレーニング中の体幹と下肢の筋肉の活性化を調べたそのような研究はありません。

この研究の目的は、従来のスクワットとハンマースイングを加えたスクワットの間の体幹下部筋群の筋活動を比較することでした。 HSS の主なタスクでは、スイング動作を維持しながら、外部から加えられる機械的負荷 (ハンマーの動き) に応じて自発的な努力が行われました。 我々は、HSS では母趾外転筋 (Abd H)、前脛骨筋 (TA)、後脛骨筋 (TP)、および長腓骨筋 (PL) が活性化され、Mul 筋を含む体幹の筋肉がより高い活性化を示すと仮説を立てました。従来のアイソメトリックスクワット（CIS）よりもHSSの方が優れています。

19～45歳の健康な男性12人がこの研究に参加した。 参加者は全員、身体的に活動的で、週に少なくとも 3 回の練習に参加していました。 実験を開始する前に、過去 3 か月以内に重傷を負った、または検査当日に痛みを感じた参加者はすべて除外されました。 参加者は、テスト段階のいずれかで痛みを感じた場合は中止するように指示されました。 試験中に怪我や不快感のために中断された参加者はいませんでした。 この実験室研究では、参加者内での反復測定デザインが使用されました。 筋肉活動は従属変数であり、運動の形態は独立変数でした。 この研究は東京医科歯科大学の研究倫理委員会によって承認され（研究計画書識別番号：M2018-162）、医療に関するヘルシンキ宣言（第52回世界医師会総会、スコットランド、エディンバラ、2000年10月）の原則に従って行われた。人間を対象とした研究。 すべての参加者は、研究参加に対して書面によるインフォームドコンセントを提出しました。

この研究では、2 つのエクササイズ中に下肢と体幹の筋電図 (EMG) レベルを測定しました。 利き足（ボールを蹴る足）を測定足として用いた。 演習課題はHSSとCISでした（図1）。 運動中、Abd H、TA、TP、PL、大腿直筋 (RF)、大腿二頭筋長頭 (BFLH)、半腱様筋 (ST)、大臀筋 (GM)、Mul、および内腹斜筋 ( IO) は表面筋電図を使用して測定されました。 すべての演習は口頭で説明され、被験者がテストに慣れるために十分な練習を行った後に測定が行われました。 すべての測定は同じ日に行われました。 研究チームの 4 人のメンバーがデータを収集し、デジタル プラットフォームにアップロードしました。

ハンメロビクスシンクロスクワットと従来のアイソメトリックスクワットの解説。 (a) ハンメロビクスのハンマーのセットアップ。 (b) ハンメロビクスとシンクロしたスクワット。 (c) 従来のアイソメトリックスクワット。

EMG 信号は、表面 EMG (Ultium EMG、EM-U810M8、Tele Myo2400、Noraxon USA Inc.、アリゾナ州スコッツデール、米国) を使用して運動タスク中に記録され、バンドパス フィルター (10 ～ 500 Hz) を使用して 2000 Hz で記録されました。パーソナルコンピュータ（EM-P5、Noraxon）と受信機（EM-U880、Noraxon）。 EMG システムと、NiNOX 125 を使用した Noraxon Myvideo システムが同期されました。 電極を取り付ける前に、皮膚を剃り、擦過し、アルコールで洗浄した。 EMG の電極適用部位は、以前の研究 17、18、19 および SENIAM によるガイドライン (URL: http://www.seniam.org/) に従って決定されました。 表面電極 (Ambu、Blue Sensor M-00-S、Ballerup、デンマーク) を、右側の Abd H、TA、TP、PL、RF、BFLH、ST、GM、Mul、および IO に 35 mm 離して取り付けました (図2）。 各筋肉の電極は筋線維と平行に取り付けられました。 皮膚インピーダンスは各測定前に 5 kΩ 未満であることが確認されました20。

筋電計用の電極適用部位。 (a) 下腿の内側から見た図、(b) 下腿の前外側から見た図、(c) 上腿の前面から見た図、(d) 上腿の後方から見た図、(e) 腹部の前面から見た図、( f) 腰部の後面図。 A: 後脛骨筋、B: 母趾外転筋、C: 長腓骨筋、D: 前脛骨筋、E: 大腿直筋、F: 半腱様筋、G: 大腿二頭筋長頭、H: 内腹斜筋、I: 多裂筋、J: 大殿筋。

セットアップでは、HSS で、7.26 kg のハンマー (φ: 116.5 mm、NISHI Athletics Goods Co. Ltd.、東京、日本) を、ハンマー ワイヤーをループ状にしてオリンピック リフティング バーの両端に取り付けました。 ボールの底部からワイヤーまでの装置の全長は０．５ｍであった。 重量設定を表 1 に示します。機器の重量は、参加者の体重範囲に従って設定されました。 CIS では、バーベルとオリンピック リフティング バーの合計重量が各参加者の HSS の重量と等しくなるように調整されました。 参加者は、同じ条件下で HSS 演習と CIS 演習を行うように指示されました。 タスクを開始する前に、参加者は、HSS と CIS の両方のエクササイズを 5 ～ 10 分間体験して、エクササイズ間で体の高さを同じに保ち、膝を 90 度に保つように慣れる機会がありました。 さらに、姿勢は常に検査者によって視覚的に評価されました（膝角度は 90°、常にゴニオメーターを使用）。 各運動タイプは 2 回の試行で実行されました。

ハンメロビクス シンクロナイズド スクワット (HSS) は、2 つのハンマーを同じ方向に同時に振るアイソメトリック スクワット運動の一種です。 このエクササイズは、オリンピックのリフティングバーの両端にワイヤーで吊るされたハンマーを振ることによって、前後および垂直の動きを生み出します（図1）。 演奏中、安全のため、振動するハンマーの振幅は垂直面から 90°以内に維持されました14。 HSS を行うには、上体を直立させたアイソメトリックスクワットポジションを維持しながら、ハンマーを前後方向に着実に動かす必要があります。 練習の焦点は、ハンマーの振りにどれだけの振幅を適用できるかを確認することではなく、最小限の体の動き、姿勢の変化、および最小限の動作を使用して、ハンマーのリズムを乱すことなく振りの振幅を維持することにあることに注意してください。リズム。 HSS トライアル中に 10 回のスイングが記録されました。 HSS 試験中のハンマーの動きは、EMG システムと同期した高速カメラによって撮影されました。

従来のアイソメトリック スクワット (CIS) は、HSS と同じ重量のバーベルを使用するアイソメトリック エクササイズで、スクワットの姿勢を維持して股関節と膝の角度を相対的に曲げた状態に保ちます。 データは、CIS 試験中に 10 秒間記録されました。 HSSトライアル時のデータは、取得したデータから3スイング分のデータを抽出して解析に使用しました。 HSS 試験中の動きは、高速度カメラで捉えられたハンマーの動きに基づいて 2 つのフェーズに分けられました。 HSS を使用したハンマーの動きを、前から後ろ (FB) と後ろから前 (BF) として定義しました。 FB フェーズでは、ハンマーは最高点に到達した後、参加者の前側から移動し、最高点で後側に移動しました。 BF では、ハンマーの動きが FB フェーズとは逆に、最も後ろ側から最も高い前側へと動きます。 各フェーズのEMGレベルが分析に使用されました。 各 CIS トライアルでは、参加者が最初にしゃがんだ姿勢になったときの 10 秒を記録しました。 4.01 ～ 7.00 秒間のデータが使用されました。

すべての生の EMG 信号は、50 ミリ秒の時間基準を持つ二乗平均平方根アルゴリズムを使用して修正および平滑化されました。 この実験的テストは、筋肉間の筋活動レベルの比較には使用されませんでした。 特定の筋肉からの信号の振幅比較は、厳密に同じ実験条件下で、EMG 電極を変更することなく、同じセッション内の個人内の 2 つの運動タスク間で実施されました 21,22。 分析に使用される平均値 (μV-s) は、運動課題中の 3 回の完全なスイングにわたって計算および平均され、その平均値が分析に使用されました 23。

データ分析は、IBM SPSS Statistics バージョン 25.0 (IBM Corp.、米国ニューヨーク州アーモンク) を使用して実行されました。 正規性を確認するために Shapiro-Wilk 検定が実行されました。 分布の正規性に応じて、一元配置分散分析またはクラスカル・ワリス検定を使用して、運動タスク間の差異を調べました。 一元配置分散分析またはクラスカル・ワリス検定の事後検定はボンフェローニ補正でした。 アプリオリ検出力分析では、p 値 < 0.05 が有意であるとみなされます。 データは中央値 (四分位範囲) として表されます。

各運動条件において、筋活動には正常性がありませんでした。 したがって、条件間の比較にはノンパラメトリックな方法が選択されました。 FB 期では、HSS 中の Abd H、TA、TP、PL、ST、および Mul 筋活動は、CIS 中のものよりも有意に高かった (表 2、3、図 3)。 BF 期では、HSS の Abd H、TP、PL、ST、および Mul 筋活動は CIS よりも有意に高かった (表 2、図 3)。

各運動タスク中の筋肉活動の中央値および四分位範囲。 BF バックツーフロント、FB フロントツーバック、CIS 従来のアイソメトリック スクワット。

HSS は、CIS と比較して、Abd H、TA、TP、PL、ST、および Mul 筋のより高い活性化を示しました。 この研究の結果は仮説を裏付けました。 これまでハンマー振りトレーニングに対する生体反応を示した報告はなく、新たなトレーニング法の可能性を示している。

摂動ベースのトレーニングは体幹の安定化に効果的で、痛みを軽減します。 シェーファーら。 彼らは、不安定な表面や水で満たされたパイプ、または第三者からの押しを使用して不安定な状況を調査し、摂動に基づいた体幹の安定化トレーニングがエリート漕ぎ手の腰部の身体機能を改善するのに効果的である可能性があると述べました7。 思春期のアスリートに摂動ベースの介入（ソフトパッド、バランスクッション、ボスボール、逆ボスボール、スイスボール、スラッシュパイプ、スリングトレーナーを使用）を1年間実施したところ、筋力の不均衡が軽減され、LBP強度が減少しました8。 Mul 筋は腰椎の安定性に貢献し、分節間の動きを制御する役割を果たします24。 本研究では、HSS は摂動ベースの介入によって Mul 筋の有意な活性化を実証しました。

足は複雑な構造であり、静的および動的姿勢を維持するために重要な役割を果たします。 内在筋と外在筋は、足のアーチの動きと安定性を制御します25。 HSS では圧力中心が前後に移動する必要があるため、足のアーチを動的に制御するための基本的な筋肉である TP、TA、および PL の筋活動が HSS によって増加しました。 運動プログラムは、足の内因性および外因性の筋肉を改善し、スポーツによる怪我 26、リハビリテーション 27,28、転倒の危険性の予防 29 に役立ちます。 短足運動は、足の筋肉、特に Abd H 筋を活性化するための適切な強化運動であり、扁平足患者の Abd H 筋を強化するのに役立ちます 31。 クリッグら。 は、装具を使用した TP トレーニングにより、痛みや障害を含む足の機能指数スコアを改善できる可能性があると報告しています27。 腸腰筋のストレッチを伴う TP の選択的トレーニングは、回内足を持つ参加者の従来のタオルカールエクササイズと比較して、動的バランスと静的アーチの高さの顕著な改善を実証しました 30。 足の運動プログラムを行ったレクリエーションランナーは、対照群と比較してランニング関連の怪我のリスクが2.42倍低かった26。 さらに、6週間の短足運動介入により、舟状骨の落下、足の回内、足の痛み、障害、扁平足の内側中足部の足底力の増加が軽減されました32。 これらの以前の研究は、足と足首の筋肉の機能を改善することの重要性を示しています。

この研究の結果、体重負荷時の姿勢制御が必要なHSSでは、足部と足首の筋肉の活動が増加することが示されました。 不安定な状態では、長趾屈筋、短腓骨筋、TA の活動が増加しました 33。 短母指外転筋、短趾屈筋、方形足底筋の活動をさまざまな位置で分析したところ、これらの筋肉は体重負荷時により活性化されました34。 短足運動中のPLおよび長母指外転筋の活動は、座位よりも立位の方が有意に高かった31,35。 したがって、本研究は、運動に姿勢制御要素と不安定要素を追加することで足部の筋肉の活動が増加するという点について、先行研究の結果を支持しました。

本研究では、HSS は、ハンマー摂動によって足の指を動かす意図なしに、内因性および外因性の足の筋肉を有意に活性化しました。

本研究では、HSS と呼ばれるスクワット中のハンマー摂動による不安定な状況を追加しました。 摂動に対する姿勢の安定性では、股関節や骨盤の安定性に関連する筋群よりも、腰椎、足、足関節に関連する筋群の活動が増加する傾向がありました。 足とムル筋は、股関節と膝関節の角度や足のつま先を動かそうとする際に、位置を変更しなくても、著しく高い活性化を示しました。 このエクササイズでは、BF フェーズと FB フェーズで異なる筋活動が示されますが、しゃがんだ姿勢でハンマーを安定して振りながら、筋活動を切り替える機能が必要です。 筋肉の活動のオンとオフのタイミング、この動作を学ぶことで、体幹、股関節、膝関節、足関節周りの筋肉の協調性が向上し、全身の協調性の発達につながる可能性があります。

この研究の結果に基づいて、HSS エクササイズは体幹と足の安定性を高めるエクササイズとして効果的である可能性があります。 足首の筋肉の活動を高めるために、タオル集めや短足運動などのつま先の運動を行う必要があります。 しかし、変形や痛みなどの理由でこれらの運動を行うことが困難な患者さんも一定数いらっしゃいます。 この研究で使用された HSS は、足と足首の関節運動を意識的に実行することなく、無意識のうちに足と足首の筋肉の活動を増加させる可能性があります。 この研究では、ハンマーがバーに取り付けられました。 トレーニング環境でハンマーが利用できない場合は、ケトルベル、水筒、土嚢などの他の重りを代わりに使用できます。

この研究にはいくつかの制限があります。 まず、等尺性しゃがみ姿勢で、単一の体の位置にある参加者のみを検査しました。 体の位置が異なると、筋肉の活性化も異なります。 また、試験中の体幹および下肢の関節角度は解析されなかった。 ただし、膝の角度は試行前に定義されており、試験官は試行中に姿勢が変わらないことを確認しました。 次に、ハンマーの動きの前後方向のみを比較しました。 ハンマーの動きが異なると、筋肉の活性化結果も異なります。 第三に、この研究における演習の順序はランダム化されていませんでした。 また、今回の研究結果は運動時の生体反応を示す筋活動量のみであり、運動時の効果は検証されていない。 最後に、データは短期間内の同じセッション中の同じ参加者で収集/比較されたため、EMG 信号を正規化しませんでした 23。 したがって、これらの要因は将来の研究で考慮および分析される必要があります。 HSSの中長期的な有効性を検証するために、筋肉の活動だけでなくバランスやその他のパフォーマンス変数を分析するさらなる研究も必要です。

TA、TP、Abd H、および PL 筋は、CIS と比較して HSS 中に著しく活性化されました。 HSS エクササイズは、体幹と足の安定性を高めるエクササイズとして考えることができます。

現在の研究中に使用および/または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

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東京医科歯科大学スポーツ科学センター（TMDU）〒113-8510 東京都文京区湯島1-5-45

Koji Murofushi & Daisuke Yamaguchi

スポーツ庁、東京、日本

Koji Murofushi

早稲田大学スポーツ科学学術院、東京、日本

Tomoki Oshikawa & Koji Kaneoka

新潟医療福祉大学、新潟県

Hiroshi Akuzawa

東京医科歯科大学スポーツ医科学・スポーツ歯科臨床センター

Sho Mitomo, Kenji Hirohata & Kazuyoshi Yagishita

園田第三病院リハビリテーション科/東京医科大学東京脊椎センター

Hidetaka Furuya

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KMが発案し、企画した。 KM、TO、HA、DYが作品のパフォーマンスを行いました。 KM、KK、TO、HF、KH、SM が原稿の解釈を計画し、実行しました。 KM、KK、TO、HA、KH、SM、DY が原稿の作成に協力してくれました。 KM、KK、TO、HA は、重要な知的内容の改訂に貢献しました。 KK,KYが中心となって監修しました。

Correspondence to Koji Murofushi.

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガー ネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

室伏和也、押川哲也、金岡和久 ほかハンマースイングありとなしのスクワット運動中の体幹と下肢の筋活動の違い。 Sci Rep 12、13387 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-17653-7

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受信日: 2022 年 4 月 9 日

受理日: 2022 年 7 月 28 日

公開日: 2022 年 8 月 4 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-17653-7

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