ピラティスで同じ力でも角度が違うときつい？筋肉の長さと力の関係を読み解く

ピラティスで脚や腕の角度を変えると、同じ負荷でも急にきつくなるのはなぜか。筋肉の長さと力の関係を、人の足首の測定研究と基礎研究から読み解く。自分で生む力と伸ばされる抵抗、関節のてこ、直前の動きの違いを分け、深い角度ほどよいと決めつけずに練習を振り返る視点を示す。

脚を少し動かしただけなのに、その位置では止めていられない。ピラティスの途中で、重りを足していないのに急に負担が変わる場面がある。「さっきまでできたのに」と思っても、角度が変われば筋肉が力を出す条件も変わる。筋肉には、長さによって生み出せる力が異なる性質がある。[7]

「筋肉を長く伸ばすほど力が出る」のだろうか。答えは、長さと力を結ぶ曲線の形にある。最大限に働かせた筋線維では、内部の構造が力を伝えやすい重なりになったところで能動的な力が最大となり、その重なりが減ると力も減る。さらに関節で測る力には、筋肉の長さに加えて、てこの条件が関係する。[7]

ここで読むのは、角度を変えた瞬間の力の条件である。継続してどの角度の筋力が伸びるかは、既存記事「ピラティスの静止メニューは止めた角度だけ強くなる？別の角度へ移る力を読む」に譲る。鏡に映る形をそろえる前に、その形を内側から支える仕組みを見てみたい。

筋肉の長さと力は、右肩上がりにならない

筋肉の長さと発揮する力の対応を、長さと力の関係という。まず押さえたいのは、研究でいう「長さ」が、見た目の脚の長さや、床からつま先までの高さとは区別することだ。筋肉の内部には、収縮の最小の機能単位であるサルコメアがあり、それが直列につながった筋原線維がある。小さな単位を対象とする研究は、筋肉がどう力を生むかを調べる入口となる。単一サルコメアや筋原線維を扱う基礎研究なので、18〜39歳の女性の動作へ直接当てはめるには、人での測定との照合が要る。[4]

骨格筋の能動的な力を扱ったレビューでは、最大限に活動させ、サルコメアの長さを制御した単一筋線維で、細いフィラメントと太いフィラメントの重なりが適したときに力が最大となると整理されている。フィラメントは筋肉内部で力を生む細長い構造である。重なりが少なくなると、能動的な力はそれに応じて小さくなる。[7]

したがって、長くすれば強くなる、という読み方は誤りである。研究で描く曲線には、力が上がる側と下がる側がある。ピラティスで「もっと伸ばせば、もっと強く支えられる」と考えると、長さと力の関係を直線に置き換えてしまう。長くすること自体を到達目標にせず、その位置で何を支えるのかを考える必要がある。[7]

ここでいう力の最大値は、努力の立派さを表す数字でもない。出せる力が小さい条件で同じ仕事を求められれば、本人には難しい課題になりうる。逆に、力を出しやすい位置で動けたことを「楽をした」と呼ぶ理由もない。研究の曲線を読む目的は角度に順位を付けることではなく、位置によって条件が違うと理解することである。[7]

ただし、この曲線は静的な性質を示すものだ。同じレビューは、長さと力の静的な関係だけでは動的な収縮の結果を予測できないとも述べている。動いている最中のピラティスを、止めて測った曲線だけで丸ごと説明するのは難しい。まず静止した位置の条件を理解し、そこへ動き方の条件を重ねる順番がよい。[7]

関節の角度は、筋肉の長さそのものではない

レッスンで確認しやすいのは、膝や足首がどちらを向いているかである。一方、研究者が知りたいのは、関節の角度だけでなく、内部の筋線維がどの長さで力を出しているかだ。外から見える角度と、筋肉内部の長さは、同じものとして扱えない。関節で生じる回転方向の力は、筋肉の力と、てこの腕に当たる距離の双方に左右される。[7]

回転させる働きはトルクと呼ばれ、てこの腕に当たる距離はモーメントアームと呼ばれる。長さと力の関係を扱ったレビューでは、筋肉が関節に生むトルクは、モーメントアームとサルコメアの長さに依存すると説明されている。また、同じ関節角度の変化でも、モーメントアームの大きさは筋肉の長さがどれだけ変化するかに関わる。[7]

このため、「同じ力」という日常語にも確認が要る。同じ重りを持ったこと、関節を同じ強さで回そうとしたこと、筋肉自体が同じ力を出したことは、それぞれ別の条件である。マットの上で感じた重さを、そのまま筋肉内部の力だと呼ぶと、角度による変化を読み違えやすい。関節の出力と筋肉の出力を分けることが出発点になる。[7]

筋肉の構造を扱った別のレビューでも、力を発揮できる長さの範囲は筋線維の長さに、最大の筋力は生理学的な断面積に関係すると整理されている。さらに筋力を述べるには、筋線維の長さとモーメントアームの比を考える必要があるという。力の出方は、筋肉だけでも関節だけでも決まらないのである。[9]

たとえば脚を持ち上げた姿を見て「同じ角度だから同じ難しさ」と比べたくなる。しかし筋肉と関節の組み合わせを無視した比較には限界がある。鏡は外側の形を映すが、筋肉内部の力の条件までは映さない。誰かの形を目安にする場合も、その人の余裕まで自分の基準にしないほうが、筋肉と関節の条件を踏まえた比較になる。[7][9]

人の足首では、力が大きい位置をどう測ったか

人の体内で長さと力を調べた例として、若い成人の前脛骨筋を扱った研究がある。前脛骨筋は、足首を甲側へ動かす働きに関わる筋肉である。この研究では女性8人と男性8人を対象に、右足首を足の裏側へ向ける底屈の角度を0〜30度の範囲で変え、最大限の力を出す課題を行った。男女を合わせた結果であり、18〜39歳の女性全体に同じ角度と力の対応を当てはめるには、対象を絞った検証が必要だ。[20]

研究者は、超音波画像で筋束の長さを推定し、装置で足首のトルクを測定した。筋束とは、筋線維が束になった構造である。そこから、角度別のモーメントアームや筋束の向きを考慮して、前脛骨筋の筋束が出す力を推定した。足首の出力を測って終わりにせず、内部の力へ読み替える段階を設けている。[20]

結果として、前脛骨筋の最大の能動的な力は底屈10〜15度で得られた。15度での推定筋束力は、0度、20度、30度より25〜61 N大きかったが、10度との差は統計的に有意ではなかった。Nは力の単位である。「15度が唯一の正解」ではなく、この測定では近接した範囲に最大の力が見られたという読み方になる。[20]

足首の最大の能動的トルクも、15度では20度や30度より2.4〜6.4 Nm大きかった。Nmは回転させる力の単位である。筋束の力と関節のトルクでは、比較した角度に対する結果の示され方が完全には同じでない。ここにも、関節で測った数字と筋肉そのものの力を分ける意味が表れている。[20]

ただし、筋束力は直接測った値ではなく、足首を甲側へ動かす全体の力に前脛骨筋が50%寄与すると仮定した推定である。若い成人の足首に関する研究を、腹筋や股関節の最適角度へそのまま移すことはできない。ピラティスの脚の高さを決める処方としてではなく、人でも位置と力の関係を測り分けられる例として使いたい。[20]

さらに、端を固定した収縮でも筋束は短くなっており、その短縮量には角度による違いがあった。15度での短縮量は30度より3.9 mm大きく、0度より2.4 mm小さかった。外側の関節を動かさずに力を出す課題でも、内部の筋束は短くなっていた。「止まっている」という見た目には、内部の変化が隠れている。[20]

この研究を日常の動きに結び付けるときは、何を一定にして比べたかにも注目したい。参加者は角度ごとに最大の随意努力をしている。つまり、一定の重りを何度も動かして、楽に感じた位置を尋ねた研究ではない。最大の出力を測った条件と、レッスンで余裕を残して動く条件を区別すれば、数字が役立つ範囲も見えてくる。[20]

また、超音波で筋束を見る手順と、装置で関節のトルクを見る手順は、異なる問いに答えている。前者は筋肉内部がどう変わるか、後者は関節にどれだけの出力が現れるかを調べるためのものだ。両方を合わせ、さらに仮定を置いて初めて筋束力を推定している。「足首の力を測った」と短く言うだけでは、この区別が落ちてしまう。[20]

写真の角度だけでは、内部で起きる変化を捉え切れない。そのことを、固定した端の内側で筋束が短縮した測定が教えてくれる。静止するピラティス動作について話すときも、「関節が止まっている」と「内部の筋束が長さを変えない」は分けて考えたい。形を保つ課題の理解は、見た目を丁寧に見るだけでは完結しないのである。[20]

数字で読む長さと力の測定

女性8人・男性8人：若い成人の前脛骨筋を調べた対象である。[20]

底屈0〜30度：この範囲で足首の位置を変え、最大努力の出力を測った。[20]

底屈10〜15度：この研究で最大の能動的な筋束力が得られた位置である。[20]

25〜61 N：15度の推定筋束力は0度、20度、30度をこの幅で上回った。[20]

50%：筋束力の推定で置いた、前脛骨筋の全体への寄与の仮定である。[20]