機能解剖とバイオメカニクスの板書

関節面の形が、動かせる方向の数を決める

• 屈曲／伸展＝曲げる／伸ばす・外転／内転＝中心から遠ざける／近づける・外旋／内旋＝長軸まわりに外へ／内へ
• 球関節（肩・股）＝3軸。屈曲伸展・外転内転・回旋のすべてができる
• 蝶番関節（指節間関節）＝1軸・屈曲伸展だけ／車軸関節＝1軸・回旋だけ／鞍関節（親指のつけ根）＝2軸
• 平面関節（椎間関節・足根間関節）:関節面がほぼ平らで、面同士がわずかにすべる程度の運動にとどまる。運動軸による分類では多軸関節に入れられるが、骨頭がくぼみにはまる形ではないので大きくは動かせない
• 蝶番関節の例は手指の指節間関節。肘の腕尺関節も一軸性だが、分類上はらせん関節に入れられることが多い
• 車軸関節の例は上橈尺関節、鞍関節の例は母指の手根中手関節
• 自由度が大きい関節ほど動きの選択肢は増えるが、安定性は周囲の筋と関節包に頼る。指導では脱臼や障害のリスクにも配慮する
• 2軸にはもう一つ楕円（顆状）関節がある。橈骨手根関節・中手指節関節（MP）・環椎後頭関節。回旋はできない
• 「軸の数→形」は一対一ではない。3軸には臼状関節（股関節）も入り、2軸には楕円関節も入る

関節の形と、動かせる方向の数

動きを生む筋、許す筋、姿勢を保つ筋

• 主働筋＝その動きを生み出す筋／拮抗筋＝反対の動きをする筋。ゆるんで動きを許す
• 安定筋＝姿勢を保つ筋。動きそのものは生まない（スクワットの腹直筋）
• 肩の水平内転＝大胸筋／水平外転＝三角筋後部（補助に広背筋）／外旋＝回旋筋腱板
• スクワットの立ち上がり（求心性）局面:膝関節の伸展＝大腿四頭筋／股関節の伸展＝大殿筋・ハムストリングス。いずれも主働筋
• 前脛骨筋は足関節の背屈筋。この局面では下腿の安定に関与する程度で、主働筋ではない
• 上腕三頭筋・三角筋は上肢の筋なので、スクワットの動作生成には関与しない
• 肩の水平外転の主動筋は三角筋後部。広背筋は肩関節の内転・伸展・内旋に働き、水平面では上腕を後方へ引く
• 回旋筋腱板（ローテーターカフ）を構成する棘下筋・小円筋は、肩関節の外旋を主な作用とする

大腿四頭筋のうち「直」だけが骨盤をまたぐ

• 大腿直筋＝骨盤から起こる二関節筋。膝の伸展＋股関節の屈曲
• 外側・内側・中間の3つの広筋は単関節筋（膝の伸展だけ）／縫工筋は二関節筋だが大腿四頭筋ではない
• 大腿直筋:下前腸骨棘から起こり、膝蓋骨を介して脛骨粗面に停止する二関節筋。膝関節の伸展＋股関節の屈曲
• 外側広筋・内側広筋・中間広筋:いずれも大腿骨から起こる単関節筋で、膝関節の伸展のみ
• 縫工筋:股関節の屈曲・外転・外旋と膝関節の屈曲に働く二関節筋だが、大腿四頭筋の構成筋ではない

下ろす局面は、伸ばされながら力を出している

• コンセントリック（短縮性）＝短くなりながら／アイソメトリック（等尺性）＝長さが変わらない
• エキセントリック（伸張性）＝張力を出しながら外力で引き伸ばされる。最大張力がいちばん大きい
• エキセントリックは筋損傷・遅発性筋痛が出やすい
• アイソキネティック（等速性）収縮は、専用の機器で関節の角速度を一定に保った条件を指す用語
• プライオメトリックは伸張-短縮サイクルを利用したトレーニング法の名称で、収縮様式そのものではない
• 同一の筋で比較した最大張力はエキセントリック＞アイソメトリック＞コンセントリック

3つの役割と、3つの収縮様式

真ん中にあるものが、てこの番号を決める

• 支点が真ん中＝第1／作用点が真ん中＝第2／力点が真ん中＝第3
• 第1＝頭部の支持（環椎後頭関節）／第2＝つま先立ち／第3＝肘の屈曲・膝の伸展・股の屈曲
• 人体の関節の多くは第3のてこ。力では不利だが、可動域とスピードで有利
• 第1のてこ:支点が力点と作用点の間。人体では環椎後頭関節を支点とした頭部の支持
• 第2のてこ:作用点が中央。つま先立ちをするときの足部
• 第3のてこ:力点が中央。肘関節の屈曲（上腕二頭筋）・膝関節の伸展（大腿四頭筋）・股関節の屈曲（腸腰筋）

てこの3種類。並び順で見分ける

同じ重さでも、遠くで持つほど関節の負担は増える

• モーメント＝力×モーメントアーム（回転中心から力の作用線までの距離）
• 肘を伸ばして腕を上げる→ダンベルが肩から遠い→肩のモーメントが大きい
• モーメント（トルク）＝力×モーメントアーム（関節の回転中心から力の作用線までの距離）
• 重力の大きさは質量で決まるので、姿勢によって変わらない。てこの種類も第3のまま変わらない
• 三角筋の長さは肘の角度に左右されない。肘の角度で長さが変わるのは肘を動かす筋
• 肘を伸ばすほど手が描く弧は長くなるので、「手の移動距離が短くなる」も誤り

動かなければ、力学的な仕事はゼロ

• 仕事＝力×力の向きに動いた距離。等尺性で力を出しても、動かなければ0
• 仕事率（パワー）＝仕事÷時間＝力×速度。速く上げると変わるのはこちら
• 仕事＝力×力の向きに移動した距離。仕事率（パワー）＝仕事÷時間＝力×速度
• 等尺性収縮で力を出し続けても、身体が移動しなければ力学的な仕事はゼロ（生理的にはエネルギーを消費している）
• 階段を下りる動作では、下肢の筋が伸張性収縮で力を発揮しながら負の仕事をしている

すぐ返すと高く跳べる。長く受けると衝撃は小さい

• 素早くしゃがんで間をおかず跳ぶ→筋と腱に弾性エネルギーが蓄えられ、短縮局面で解放される
• しゃがんだまま静止すると熱として失われる。これが伸張-短縮サイクル（SSC）
• 力積＝力×時間＝運動量の変化。止める勢いが同じなら、時間を長くとるほど力は小さい
• 伸張-短縮サイクル（SSC）:素早い伸張に続けて短縮を行う動作。筋腱複合体、とくに腱に弾性エネルギーが蓄えられ、短縮局面で解放される。伸張反射による筋活動の高まりも上乗せになる
• いったん静止すると、蓄えられた弾性エネルギーは熱として失われる
• 力積＝力×時間＝運動量（質量×速度）の変化。着地時の運動量は膝の角度では変わらない
• 着地のエネルギーは消えるのではなく、筋の伸張性収縮による負の仕事や組織の変形として吸収・散逸する。衝撃吸収性のある靴や床面も接触時間を稼いでいる
• この性質を利用したトレーニングがプライオメトリクス。着地衝撃が大きいので対象者の選択には注意する

重力は消えない。浮力が打ち消しているだけ

• 浮力は押しのけた水の重さに等しい。浸かる体積が大きいほど強い
• 水中でも重力は働いている。浮力がその一部を打ち消している／水圧は関節を固定しない
• 浮力は押しのけた水の重さに等しく、水に浸かっている体積が大きいほど強く働く
• 水の抵抗は動きを速くするのではなく遅くし、その分だけ筋への負荷を高める
• 水温が体温より低いことは体温保持という別の課題を生むだけで、関節の負担軽減の理由ではない
• 水圧は呼吸や循環に影響するが、関節を外から固定するものではない

水深で、支える体重が変わる

• 首まで

  約1/10体重

• 胸（みぞおち）

  約1/3体重

• へそ

  約1/2体重

• 体重を支える負荷の目安:首の高さまで約1/10／胸（みぞおち）の高さ約1/3／へその高さ約1/2
• 深いほど足が床につきにくく、転倒や溺水のリスクは上がる。水深は目的と対象者に応じて選ぶ

速さが2倍で、抵抗は4倍

• 抗力∝流体の密度×投影面積×速度の2乗。速さを2倍にすると抗力は約4倍
• 水中歩行は同じ努力でも進む速度が遅い。浮いても姿勢を保つ筋は休まない
• 抗力は、流体の密度・抗力係数・進行方向に向いた投影面積と、相対速度の2乗との積に比例する
• 水の密度は空気の約800倍。同じ速さでも水中の抗力は桁違いに大きい
• 浮力は押しのけた水の重さに等しい静的な力、抗力は水と身体の相対運動によって生じる力で、両者は別の力
• 手のひらの向きを変えて水を受ける面を広げるだけでも抗力は大きくなる
• 水中歩行では浮力で関節への衝撃を抑えながら、抵抗を負荷として筋を使える

仰向けで脚が沈むのは、シーソーになるから

• 浮心（浸かった体積の中心）は肺があるので胸のあたり／重心はおよそ骨盤
• 浮心が頭側にずれている→体を回すモーメントが生じて脚が沈む／両腕を頭のほうへ伸ばすと水平を保ちやすい
• 浮力は浮心（水に浸かっている体積の中心）に上向きに、重力は重心（質量の中心）に下向きに働く
• 人体は空気を含む肺があるため浮心は胸部付近、重心はおよそ骨盤付近。浮心のほうが頭側にずれている
• 肺に空気を入れれば押しのける水の体積が増えるので、胸部の浮力はむしろ大きくなる
• 深さによる水圧の差こそが上向きの浮力を生む。下肢を押し下げる力にはならない