ダンベルを宇宙へ持っていくと筋トレは成立するのか。重力に逆らう負荷と、回転を加速・減速する慣性の負荷を分け、フライホイールの比較実験、寝たきり試験、宇宙飛行中の骨の研究を読む。同じ動作名でも関節の負担は変わり、筋力と筋肉の大きさの維持も同じ答えにはならない。
部屋のダンベルが、そのまま宇宙船の中に浮いているとする。手に持った時のずっしりした感じがなくなれば、腕の運動も成立しないのか。この問いには、重さで負荷を作る方法と、物体の動きを変える時に負荷を作る方法を分けると答えやすい。宇宙で使う筋トレ器具の研究には、回転する円盤の慣性を利用した方法がある。[6][16]
無重力でも抵抗運動は可能である。地上のダンベルを持ち上げる運動とは、負荷を生む条件が異なる。慣性式器具では、円盤の質量、その分布、回転の加速が抵抗に関係する。床に置いた重りの表示だけを見る習慣から、動きを変える仕組みを見る習慣へ、視点を移す必要がある。[6]
既存記事「ダンベル筋トレは水中だと軽くなるだけ？器具と深さ、動かす速さを分けて読む」には水中の問いを譲る。「ダンベル筋トレは水入りで負荷が変わる？同じ重さと中身の揺れを分けて読む」が扱う中身の揺れとも問いを分ける。ここで考えるのは、体重による負荷まで変わる環境で、何を抵抗として残し、その抵抗が筋肉や関節にどう届くかである。地上でも、器具を替えた時の「同じ筋トレ」の意味を考える手掛かりになる。[20]
重りを持つことと、抵抗を作ることを分ける
地上の抵抗運動には、外から加える負荷だけでなく、自分の体重も関係している。微小重力で使う器具や運動を開発する時には、この体重の不在が十分に考慮されないことがあると、フライホイール運動の研究は指摘した。手に持つものだけを見ていては、体を支える条件の変化を見落とす。[20]
フライホイールとは、回転するはずみ車を利用する器具である。慣性は、動きの状態を変えようとする際の動かしにくさとして捉えるとよい。この方式の抵抗は、回転する部分の質量、質量がどう配置されているか、どのように回転を加速するかに関係する。地上で重りを上下する運動とは、抵抗が生まれる仕組みが違う。[6]
ここから「普通のダンベルを宇宙で振れば、地上と同じ運動になる」と飛躍しないことが大切だ。比較実験で使われたのは慣性式の専用器具である。円盤を使って抵抗を生み、体の動きと結び付ける構成を調べている。浮く重りを手で追いかける場面と、研究された運動を同じものとして扱うことはできない。[6][16]
初期の設計レビューでは、下肢の姿勢を支える筋肉へ大きな負荷をかけること、筋肉が短くなりながら力を出す動作と、伸ばされながら力を出す動作の両方ができることが、宇宙用の器具に求める特徴として挙げられた。前者を短縮性、後者を伸張性の筋活動と呼ぶ。単に重りが浮かない工夫だけでなく、筋肉がどの局面で働くかまで設計の対象になる。[16]
このレビューのはずみ車式装置は、外部電源を必要とせず、力とパワーを監視・校正できるように開発された。著者らは長期宇宙飛行で使うための要求を満たす特徴があると提案している。これは設計上の提案であり、その時点であらゆる宇宙飛行の筋力低下を防いだという報告ではない。仕組みが成立することと、長期の体の変化を防ぐことには、別の検証が要る。[16]
疑問の続きは、体で確かめるのがいちばん早い。
同じスクワットでも、関節に配る負荷は変わる
器具の仕組みを変えた時、筋肉に届く抵抗を一つの「重さ」で比較できるだろうか。トレーニング経験のある男女11人を対象にした地上の比較実験では、フロントスクワット、ランジ、プッシュプレスを、フリーウエイトとフライホイールで行った。動作の力学的な分析を用い、関節ごとの働きを比べた研究である。経験者の男女をまとめた結果なので、18〜39歳の女性にそのまま当てはめるには、経験や動作条件の違いを考える必要がある。[6]
フライホイールで行うフロントスクワットでは、フリーウエイトに比べ、股関節と足関節の寄与が大きく、膝の寄与が小さかった。研究で用いられた条件では、ランジなどの下肢運動でも、股関節を伸ばす筋肉や足首で踏み込む筋肉の要求が増え、膝を伸ばす筋肉への力学的要求が減ると整理されている。器具が違えば、同じ種目名でも負荷の配分が変わる。[6]
プッシュプレスの結果も、全身が一様に重くなるという話ではない。膝で必要な力積はフリーウエイトと同程度で、股関節と足関節では大きかった。力積とは、力がどれだけの時間にわたって作用したかを含む量である。研究は動的な上下肢の運動に慣性式を用いる可能性を示すが、運動全体の感触を、そのまま特定の関節の負荷へ読み替えるのは難しい。[6]
この結果の面白さは、慣性式が最強の器具だと決めるところにはない。腕や脚が動いている映像だけでは、関節が受け持つ仕事の配分までは分からないところにある。研究の対象は11人であり、調べたのは運動時の力学である。何か月も使った後の筋肉の成長や、あらゆる人への安全性を比較した成績として読むものではない。[6]
家のダンベルを買い替える場面でも、ここは役立つ読み方だ。研究結果を自分の器具へ直接当てはめるのではなく、「どこに抵抗があり、どの動きを比べた研究か」を確かめる。同じスクワットという名前だけで結論を借りない。地上の比較でさえ負荷の配分が変わったのだから、体重の条件まで変わる宇宙では、なおさら動作名だけの比較は足りない。[6][20]
体重が消えると、姿勢の違いまで効いてくる
重力の方向を変えて考えた研究では、11人がフライホイールを使い、縦方向のスクワットと、水平方向のレッグプレスを行った。レッグプレスは脚で押し出す運動である。動作解析と筋骨格モデルを使って関節の負荷を求め、さらに無重力の状況をシミュレーションした。実際に宇宙で両方の運動を比較した実験とは区別して読む必要がある。[20]
所定の最大下負荷で行った地上の運動では、フライホイール側の負荷はレッグプレスでスクワットの2倍超だった。足関節、股関節、腰部の関節モーメントと力も、レッグプレスで大きかったが、膝では同程度だった。関節モーメントとは、関節を回転させようとする働きの大きさである。器具側の負荷の比と、各関節の負荷の比は別に見る必要がある。[20]
さらに、無重力を模した計算では、スクワットの股関節と腰部への負荷が地上の重力下より大きくなった一方、レッグプレスでは関節負荷の増加は見られなかった。著者らは、無重力で膝を伸ばす運動の地上モデルとしては、スクワットよりレッグプレスが適していると示唆した。重力が減れば、すべての負担が同じように減るという予想には収まらない結果である。[20]
ただし、これは重力をなくせば腰を鍛えやすいという実践案ではない。体の支え方も含めて、運動の条件が変わった時に負荷がどう再配分されるかを調べた研究だ。比較した姿勢、装置、計算条件を含めて初めて意味を持つ。地上のスクワットの数字を、そのまま宇宙の運動処方へ移すことへの注意として受け取りたい。[20]
ここでは、地上で行った測定と、モデルの中で変えた条件の境目にも注意したい。参加者が実際に行ったのは地上での運動であり、無重力の値は筋骨格モデルで求めている。実測は現実の動作を捉え、計算は重力という条件を変えた場合を検討するために使われた。両者を合わせることで設計の手掛かりになるが、長期間の宇宙飛行中に得た成績とは分けて読む必要がある。[20]
この区別は、研究の価値を小さくするためではない。微小重力を地上で考えるには、どの条件を再現し、どの条件を計算に任せるかを決める必要がある。体重の影響を無視して同じ器具を運べばよいと考えるよりも、姿勢や重力の方向で変わる関節の負荷を先に検討できる。器具を作る段階での良い問いと、体を長期間守れたかを判定する問いは、それぞれ役割を持っている。[20]
数字で読む無重力の抵抗運動
11人：フリーウエイトとフライホイールの関節力学を比べた実験には、経験者の男女が参加した。[6]
2倍超：別の11人の研究で、スクワットに対するレッグプレスのフライホイール負荷の大きさである。[20]
14日：健康な男性16人を運動群と非運動群へ分けた寝たきり試験は、この期間にわたり膝を伸ばす筋肉を調べた。[2]
13%：その試験の運動群でも低下した、最大の随意的な等尺性筋力の割合である。[2]
13人：運動器具と栄養摂取、骨の変化を調べた宇宙飛行の研究の乗員数である。[1]
疑問の続きは、体で確かめるのがいちばん早い。
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