ランニングマシンでウォーキングの速さを上げると、ふくらはぎの役割はどう変わるのか。歩行のシミュレーションと超音波の研究から、体を支える力、前へ進める力、筋肉と腱の動きを読み分ける。脂肪燃焼の速さや筋力の強さと同じ答えにできない理由も、日常の歩きに重ねて考える。
ランニングマシンの速度を上げると、足の運びが忙しくなる。さっきまで気にならなかったふくらはぎに、仕事をしている感じが出る。歩行を再現した研究では、速度が上がるにつれて、ふくらはぎの筋肉が体を支えたり前へ進めたりする寄与は概して増えている。速く歩くほど役割が大きくなる、という方向の答えはある。[3][4]
ただし、足が速く動くことと、筋肉の内部が同じ速さで縮むことは別である。超音波で調べた歩行では、ふくらはぎの筋線維の束は、足が地面についている間に比較的長さを保っていた。蹴り出す動きには、腱などに蓄えられた弾性エネルギーが戻る働きも関わる。[1]
ランニングマシンの表示を上げれば、ふくらはぎをどれだけ鍛えられるのか。脂肪燃焼にもその設定がよいのか。そこまでを同じ答えにはしない。ここで読むのは、歩いている最中の筋肉の役割である。「股関節を使う歩きは速いほどお尻が働く？速度と関節の仕事を分けて読む」には股関節側の問いを譲り、足首側から歩行を眺める。
既存記事「ランニングとウォーキングの効果は腱で違う？筋肉の仕事と弾む力を研究で読む」は、歩行と走行の仕組みの比較を扱っている。ここでは歩行の中で速度を変えた際の支持と推進を主題にし、腱の話は筋肉の動きを読み違えないために使う。
ふくらはぎは、前へ押すだけではない
研究に登場する腓腹筋とヒラメ筋は、足首を足の裏側へ動かす働きに関わる筋肉である。歩行を再現した計算では、どちらも体を前へ進めることと、上向きに支えることに寄与していた。「蹴る筋肉」という呼び方だけでは、上向きの役割が抜けてしまう。[4][6]
歩く体は、前へ移動するだけの荷物ではない。地面についた脚で体を支えながら、次の脚へ移っていく。Liuらのシミュレーション研究では、足が地面についている局面の前半に、太もも前側の筋群や大殿筋が体を支えつつ前進を減速させ、後半にはヒラメ筋と腓腹筋が支えながら前進を促していた。[6]
減速する働きも、歩行を調節する役割の一部である。前へ進む動作の内部に、支える働きと速度を調節する働きが含まれているという結果だ。筋肉の力を変えたときに体の重心の加速度がどう変わるかを計算して、役割を見分けた研究である。体の上下と前後を別々に見ると、同じ筋肉が担う仕事の組み合わせが見えてくる。[6]
買い物帰りに足取りが重いとき、「もっと強く蹴ればよい」とだけ考えると、この分担を見落とす。歩行を評価するときは、前進だけでなく、体を支える場面にも目を向けたい。研究が示したのは、ふくらはぎが歩行の終盤で推進と支持をともに担うという構造であり、全員が意識して蹴りを強くするための指示ではない。[6]
疑問の続きは、体で確かめるのがいちばん早い。
速度を上げると、支え方まで変わる
Liuらは、屋外の地面を歩く8人について、非常に遅い、遅い、自由な、速いという速度条件の歩行を、筋肉で動く立体的なシミュレーションで解析した。腓腹筋やヒラメ筋、太ももの筋群などが、どの速度でも支持と前進の主要な担い手だった。中殿筋を除く主要な筋肉の寄与は、概して速度とともに増えた。[4]
面白いのは、遅い歩きをそのまま早回しにした形ではなかったことだ。非常に遅い条件と遅い条件では、足が地面についている前半の支持に、伸びた脚の骨格の並びが大きく関わっていた。遅い条件から自由な速度へ移ると、太もも前側の筋群とヒラメ筋による支持への寄与が大きく増えた。[4]
自由な速度や速い条件では、支持している脚の膝の曲がりが増え、太もも前側の筋群がより大きな力を出して体を支える一方、前進を遅らせる働きも増えた。同時に、反対側のヒラメ筋が推進への寄与を増していた。速度計の数字はひとつでも、体の中では左右の脚が違う仕事をしている。[4]
したがって、速くしてふくらはぎに負荷を感じたとしても、そこだけが単独で働きを増したと考えないほうが、研究の像に近い。支持脚の膝、反対の足首、体の重心の動きが組み合わさって、速い歩きになる。ふくらはぎの感覚は本人にとって大切な観察だが、それを全身の仕事の配分表と同一視はできない。[4]
なお、これは8人の歩行をもとに筋肉の寄与を推定した研究である。速度を上げて長期間練習した後の筋力や脚の形を比較した試験ではない。目の前の歩行動作を説明する結果として使うと、「速く歩いたら将来どんな脚になるか」という別の問いを混ぜずに済む。[4]
ここでの寄与は、個々の筋肉が重心の上下や前後の加速度にどれだけ関わるかを、計算で分けたものである。皮膚に電極を貼って記録した筋電図の値を、そのまま示した結果ではない。筋活動の増減を知りたいという入口から読んでも、計算上の力学的な貢献という出口を確かめておく必要がある。[4]
速い歩きでは、脚を振り出す仕事も増える
Neptuneらも、筋肉で動く歩行シミュレーションを用いて、一定速度で歩く条件を比較した。速度が違っても、各筋肉が支持、前方への推進、脚の振り出しのどれに関与するかという基本的な役割は保たれていた。そのうえで、支持や推進への寄与が速度とともに増えていた。[3]
体を上向きに支える中心は、足が地面についている前半では股関節と膝を伸ばす筋肉、後半では足首を足の裏側へ動かす筋肉だった。後半に体を前へ進める主な担い手としては、ヒラメ筋と大腿直筋が挙げられている。別々の研究でも、足首側の筋肉を支持と推進の両方から読む点は重なる。[3][4]
ただし、速度を上げた際の変化は、地面に足をつけている間だけに収まらない。高い歩行速度では、脚を前へ加速させる腸腰筋の仕事と、振り出した脚を後半で減速させるハムストリングスの仕事も増していた。速く歩くには、体を押し出すだけでなく、脚を運び、その勢いを調節する仕事も要る。[3]
駅の改札まで急いだときに「脚全体を使った」と感じる場面を考えるなら、ふくらはぎだけを見るより、この振り出しと減速まで含めた像のほうが具体的だ。ただし、これは生活場面への私の読みである。本人の感覚だけから、どの筋肉の仕事がどれだけ増えたかを逆算する話ではない。
この研究の「仕事」は、筋肉の力学的な仕事として読む必要がある。脂肪がどれだけ使われたかという燃料の割合とも、運動を続けて体脂肪がどう変わったかとも、同じ指標ではない。検索語に「脂肪燃焼」が入っていても、ここで答えられるのは速さと歩行動作の関係まで、と境界を置いておく。[3]
筋肉の内部は、足と同じ速度で縮まない
Lichtwarkらは、トレッドミルで歩く条件を4.5 km/h、走る条件を7.5 km/hとして、内側腓腹筋を超音波で観察した。筋線維の束である筋束の長さと、束が傾く角度を、筋肉の上側、中央、下側に分けて調べた実験である。足首の動きだけではなく、筋肉の内部を見た点が特徴だ。[1]
歩行では、足が地面についている間、筋束は比較的長さを保つように働いた。一方、走行ではその局面を通じて筋束が縮み、アキレス腱や腱膜からなる直列弾性要素のひずみの増加に対応していた。筋肉と腱をひとまとめにして「伸び縮み」と呼ぶと、内部の分担が消えてしまう。[1]
歩行でも走行でも、離地時の速い短縮には、弾性要素の反発が関わっていた。腱などが伸びて戻る性質によって、筋束は筋肉と腱を合わせた全体よりゆっくり縮むことができる。足がさっと離れる場面でも、中の筋束の短縮はそれよりゆっくり進むという結果である。[1]
場所による違いもあった。筋肉の下側の筋束は、上側より短縮が大きく、傾きも大きい傾向だった。一方で、筋肉の中央で測った筋束の長さの変化は、筋全体の平均的な変化を近似していた。同じふくらはぎでも測る位置を区別したうえで、共通する働きと局所の違いを述べている。[1]
数字で読む歩行とふくらはぎ
8人：非常に遅い条件から速い条件までの地上歩行を、立体的な筋骨格シミュレーションで解析した研究の対象人数である。[4]
4.5 km/h：内側腓腹筋の筋束と弾性要素を超音波で調べた歩行条件であり、推奨速度ではない。[1]
7.5 km/h：同じ研究の走行条件である。歩行速度だけを段階的に変えた比較とは区別する。[1]
1.2 m/s付近：別のシミュレーションで、自分で選ぶ速度に近い条件として扱われ、足首側の弾性エネルギー利用が速い条件や遅い条件より良好だった。[3]
409人：脚の筋力と通常の歩行速度の関係を調べた、60〜96歳の観察研究の対象である。若い女性の速度設定を決めた人数ではない。[2]
疑問の続きは、体で確かめるのがいちばん早い。
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