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筋肉のテコ構造【身体の三つのテコ】


身体の中にある「テコ」って知っていますか?

支点・力点・作用点」のテコの原理のことです!

今回は身体の中にある「テコ構造」について書いていきます。

 

ポジティブストレッチ西手です。

 

回転動作の基本:トルク

テコの話に入る前に、まずはトルクについて説明していきましょう。

トルクというのは、回転力のことです。

これは「力×モーメントアーム」の計算式によって導き出されます。

 

詳しく知りたい方へ
力とは、「質量×重力加速度」であり、単位はN(ニュートン)です。 例えば、10kgのダンベルを支える力は「10kg×9,8㎨=98N」となります。 また、モーメントアームというのは支点からの距離(長さ)のことです。 支点から1m離れた部分に10kgのダンベルがある場合は「98N×1m=98Nm」となります。 1Nm(ニュートンメートル)は1J(ジュール)ですので、この時のトルク(固定状態)の大きさは98Jとなります。

 

※9,8㎨:地球の重力によって上から下に物が落ちる際に受ける重力加速度

 

つまり、重くなるか or 遠くなるか によってトルクの大きさは変化します。

 

例えば、

 

 

支点から左側(青)は5cmのところに10kgの重りがあります。

また、支点から右側(赤)は50cmのところに1kgの重りがあります。

10kg×5cmも1kg×50cmもトルク(回転力)は同数値である為、上記のテコはピタッと釣り合います

 

近いほど重さが必要で、遠くなればなるほど軽くなっていくということです。

 

まずはこの関係性を理解することが、筋肉のテコ構造を学ぶ上では重要になります。

 

 

第一のテコ

では、第一のテコから見ていきましょう。

 

このテコは最もシンプルな構造であり、支点を挟んで重り(抗力)と押す力(筋力)が反対方向に存在している形です。(シーソーモデル)

 

もしこの2つの力が支点から同距離であれば、重い方に傾きます。

また、もしこの2つの力が同じ重さであれば、支点から遠い方に傾きます。

 

支点を中心とした回転動作です。

 

人間の身体では、「肘の伸展動作(上腕三頭筋)」が代表的です。

 

上腕三頭筋の収縮によって尺骨が引き寄せられ、肘が伸びようとしていますね。

この時、抗力がどこにかかるかが重要です。

筋肉を考えると、肘の支点と上腕三頭筋の停止は非常に近い位置関係にあります。

(すなわち、 筋力のモーメントアームが小さい ということを意味します。)

もし、抗力が肘から遠く(例えば、手の甲や指先)にかかってしまえば、抗力のモーメントアームはとても大きくなります。

すると、筋力と抗力を釣り合わせるためには、筋力は抗力の何十倍も力発揮をしなければならなくなります。

 

筋肉というのは、想像以上に大きな力発揮をしているんです!

 

 

第二のテコ

続いては第二のテコです。

これは支点から見て、重り(抗力)と押す力(筋力)が同じ方向にあります。

その上で押す力(筋力)の方が支点から遠いという構造です。

 

筋力の方が遠いわけですから、 実際の重さ(抗力)よりもはるかに小さな力でひょいと持ち上げられます。 

人間の身体では「ふくらはぎ(腓腹筋)」の構造が代表的です。

 

つま先が支点、脛骨が抗力(体重)、アキレス腱を経て腓腹筋に筋力がかかります。

ジャンプ動作やランニング動作では、体重の2〜3倍の負荷がかかります。

その負荷に耐え、なおかつその負荷以上に力発揮するためには、こういった構造(筋力のモーメントアームが大きい)が必要になるわけです。

 

人間の身体というのは、非常によくできていますね!

 

第三のテコ

最後が第三のテコです。

これも第二テコと同じように、支点から見て重り(抗力)と押す力(筋力)が同じ方向にあります。

ただ、第三のテコは筋力の方が支点に近いという構造です。

 

モーメントアームが小さい分だけ、筋力は重さ(抗力)以上に力を発揮する必要があります。

イメージをすると、スコップの使い方です。

右手で柄の先端を固定し、左手で雪を持ち上げようとすると、左手には雪の重さ以上の負荷がかかってしまいます。

 

※ちなみにスコップの効率的な使い方は第一のテコです。

左手をなるべく雪の近くにして固定し(支点にする)、右手を下に押すことによって雪を持ち上げようとするとすんなり動いてくれます。

 

実際の筋肉でいうと「肘の屈曲動作(上腕二頭筋)」が代表的です。

 

上腕二頭筋の停止が肘関節の中心近くに付着しています。

肘を曲げ重りを持ち上げるという動作は、実際の重り以上の負荷が筋肉にかかっているわけですね!

 

 

力学的有効性について

ここまで見てきた中で、疑問が湧いてきませんか?

第一のテコや第三のテコは筋力にとって、不利な構造です。

それなのにどうして存在しているのか...?ということです。

意外にも実際の人体には、第二のテコの構造が非常に少なく、ほとんどが筋力に不利な構造になっています。

こういった構造のことは「力学的有効性が低い(1,0を下回る)」と表現します。

 

実際の抗力以上に力を発揮しなければならないという意味ですね。

 

しかしながら、この構造はデメリットだけではありません

支点に近い位置に筋力が存在しているということは、先端に速度をもたらすことができることを意味します。

つまり、中心に近い部位をぐいっと引き寄せれば、先端がピュッと走るというイメージです。

力の大きさは筋力を発揮させること(筋肥大を起こすこと)で解決するできますが、速度の問題は構造上で解決しておかなければ、後天的には手に入れられません。

自然界においては、自分の命を守るためにも「速度」は非常に重要です。

それゆえにこういった構造になっているわけですね。

 

 

トレーニングへの応用

この考えはトレーニングへどのように応用すれば良いのでしょうか。

筋肉のテコ構造において重要なのは、重くなるか、遠くなるかによってトルクの大きさが変化するということです。

トレーニングで筋肉に負荷がかける際は、その関節中心(支点)よりもなるべく遠くに、重りを持つようにしましょう。

 

例えば、アームカールと呼ばれる、上腕二頭筋のトレーニングは、まさに第三のテコです。

下記の図をご覧ください。

 

 

肘を大きく曲げた状態が左、肘を伸ばした状態が右です。

ダンベルの重さ(抗力)が一定でも、左の方がモーメントアームが小さいため、筋力にかかる負担は小さくなります。

 

一方で肘を伸ばしながら前腕を水平にした位置は、支点〜ダンベル(抗力)までのモーメントアームが最も大きくなるため、負荷が大きくかかるようになります。

 

この考え方はスクワットやデットリフトなどの基本的種目に全て当てはまります。

トレーニング中はなるべく大きく可動域を使い、関節中心からの距離という考えを意識してからの距離という考えを意識していきましょう。

 

 

まとめ

今回は筋肉のテコ構造についてまとめてみました。

こういった動作分析はバイオメカニクスとも呼ばれ、運動効率を考える上で必須の考え方です。

 

以上、ポジティブストレッチ西手でした。


西手
ストレッチトレーナー西手

ポジティブストレッチ星が丘テラス店
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