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LIFE2013 2013 年 9 月 2 日－4 日 山梨 (山梨大学)

男子 100ｍ走におけるピッチとステップ長：義足スプリンターは人類最速になりうるか？

Step frequency and step length in Men’s 100-m sprint: Fastest sprinter without leg?
○ 保原浩明，小林吉之，持丸正明（独立行政法人産業技術総合研究所

デジタルヒューマン工学研究センター）

Hiroaki HOBARA, Yoshiyuki KOBAYASHI, Masaaki Mochimaru,
Digital Human Research Center, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)
Abstract: Recent technical developments of running-specific prostheses (RSPs) have allowed individuals with lower
extremity amputation (ILEA) to compete at levels never before achieved. However, there are still more than one second
gap between ILEA sprinters and able-bodied sprinters in world class 100-m sprint. To identify the differences in 100-m
sprint performance between two groups, we analyzed twenty-nine able-bodied elite sprinters and nineteen amputee sprinter(T43 and T44) with RSPs from publicly available television broadcasts (Olympic Games and World Championships from2008 to 2012). From the video images, we calculated average velocity, step frequency and step length. Average velocity
and step frequency in able-bodied sprinters were significantly higher than those of amputee sprinters. However, there wasno significant difference in step frequency between two groups. These results suggest that the difference in sprint
performance between the two groups would be attributed to differences in step length rather than step frequency.
Key Words: Running-specific prostheses, Paralympic, Step frequency, Step length
1. はじめに2012 年のロンドンオリンピック男子 400m 走に，歴史上初めて両脚下腿切断者である“障害者”の選手が出場し，準決勝まで進出したことは記憶に新しい．このように，スポーツ用義足を駆使した義足ランナーの中には一般アスリートと遜色ないレベルにまで達している者が多く存在し，今もなお驚くべきペースで記録を更新し続けている．
1990 年代後半から，義足ランナーの多くがカーボンファイバー製の板バネ構造をもつ最先端の義足「エネルギー蓄積型疾走用足部（Running-specific prostheses; RSPs）」を装着している (1)．しかしながら，こうしたスポーツ用義足の普及は皮肉なことに「義足の装着によって不当なアドバンテージを得ているのではないか？」という疑いの目を生じさせた．この疑問を解決するべく，2000 年代後半から世界中の研究者が義足ランナーの生体力学的特性を調べているが，いまだ明確な結論は得られていない (2-13)．
こうした議論の一方，世界レベルの健常者スプリンター（Able-bodied sprinters; ABS）と義足スプリンター（T43-T44クラス；両脚および片脚下腿切断者）における男子 100ｍ走の世界記録には未だ 1 秒以上の開きがある（ABS 9.58 秒，
T43-T44 10.85 秒）．従来，義足スプリンターは，RSP がヒト下腿部よりも慣性モーメントが小さいことから (13, 14)，ピッチ（Step frequency; fstep）が ABS よりも短くなることがあげられる (9, 11)．よって両グループにあるスプリント能力の差は一歩の歩幅（Step length; Lstep）にあることが予想される．本研究の目的は世界レベルの選手を対象に，ABS とT43-T44 グループ間に存在するスプリント能力の規定因子について検討することであった．

北京オリンピック，2009 年のベルリン世界陸上競技選手権，2011 年の大邱世界陸上競技選手権および 2012 年のロンドンオリンピックから取得した．T43-T44 群に関するデータ
は 2008 年の北京パラリンピック，2011 年の IPC 陸上競技世界選手権大会および 2012 年のロンドンパラリンピックから取得した．最終的に ABS 群はのべ 28 名，T43-T44 群はのべ 19 名を分析に用いることが可能であった．
平均速度（V100m; m/s）は距離（100m）を公式記録（タイム）で除すことによって算出した．平均ピッチ（fstep; Hz）
はレース中のステップ数をカウントし，公式タイムで除すことによって求めた．また，平均ステップ長（Lstep; m）は，平均速度を平均ピッチで除すことによって算出した．
全てのデータは ABS と T43-T44 群間で比較した．そのため，統計処理として independent-t test を用いた．このとき，危険率５％水準を統計学的に有意とした．
3. 結果と考察
ABS は T43-T4 群よりも V100m が約 15%高く，有意に高い値を示した（Figure 1-A）．この差は 100ｍ走において約 1.4秒の差となり，両群間の世界記録と同様の差であった．

2. 実験方法
本研究のデータは，国際オリンピック委員会，国際陸上競技連盟および国際パラリンピック委員会が公開している
2008 年から 2012 年までの主要な国際大会の公式動画（男子 100ｍ走決勝）から取得した．ABS のデータは 2008 年のGS3-1-7-1

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Figure 2 に fstep と Lstep の関係を示した．解析対象としたレースにおいて，ABS の fstep は 4.12 Hz から 4.92 Hz の間で，T43-T44 群の fstep は 4.12 Hz から 4.75 Hz の間でばらつきがみられ，両群の fstep に有意差は認められなかった（Figure1-B）．これらの結果は，RSP を装着した義足スプリンターの swing time が健常者よりも短くなるという先行研究の結果と異なるものであった（9, 11）．これに対し，Grabowski et al.
(14) はテレビ画像のレースを分析した結果，両者の swingtime は同等であるとの見解を示している．以上のことから，本研究における結果は Grabowski et al.(15)らの見解を支持するものであり，従来から提唱されている RSP 装着によるfstep の優位性を否定するものだといえる．

一方，ABS の Lstep は 2.04 m から 2.44 m の間で，T43-T44群の Lstep は 1.82 m から 2.08 m の間でばらつきがみられ，両群には有意差が認められた（Figure 1-C）．これらの結果は，現段階における健常者スプリンターと RSP を装着した義足スプリンターにおけるパフォーマンスの差は主に Lstepに起因していることを示唆している．Hunter et al. (16) によると，Lstep の規定因子は主に滞空期における重心の移動距離（flight distance）であり，これは更に離地時の鉛直速度によって変化しうる．こうした変数は鉛直地面反力の力積によって決定するが，先行研究によると，RSP を装着した義足スプリンターの鉛直地面反力の力積は ABS よりも小さくなることが報告されている (13, 17)．以上のことから，
T43-T44 クラスに関し，現在市場で出回っているカーボン繊維製の RSP を使用している限り，Lstep の大幅な改善は見込めないため，ABS との差が縮まるとは考えにくい．
4. 結論
義足スプリンターは人類最速になりうるか？本研究の結果から，100ｍ走に関してのみ，現状の RSP を使用し，大幅なルール変更（特に義足長に関する変更）がない限り，その可能性は低いといえる．

参考文献(1) Aruin AS, Sports after amputation, In Biomechanics inSports-performance enhancement and injury prevention(Edited by Zatsiorski VM), pp. 637-650, 2000.
(2) Hobara H, Baum BS, Kwon HJ, Shim, JK, Runningmechanics in amputee runners using running-specificprostheses, Jap J Biomech Sports Exerc, in press.
(3) Adamczyk PG, For forward running, study fore-aftforces, J Appl Physiol, vol. 108, pp. 1017, 2010.
(4) Buckley JG, Juniper MP, Artificial limbs can enableartificially fast running, J Appl Physiol, vol. 108, pp.
1016, 2010.
(5) Cavagna GA, At high running speeds, power developed
each step during the push appears to be sustained byelastic energy, J Appl Physiol, vol. 108, pp. 1016, 2010.
(6) Kram R, Grabowski AM, McGowan CP, Brown MB,
Herr HM, Counterpoint: Artificial legs do not makeartificially fast running speeds possible, J Appl Physiol,
vol. 108, pp. 1012-1014, 2010.
(7) Kram R, Grabowski AM, McGowan CP, Brown MB,
McDermott WJ, Beale MT, Herr HM, Last Word on
Point:Counterpoint: Artificial limbs do/do not makeartificially fast running speeds possible, J Appl Physiol
vol. 108, pp. 1020, 2010.
(8) Morin JB, A narrow focus on swing time and verticalground reaction force, J Appl Physiol, vol. 108, pp.
1017-1018, 2010.
(9) Weyand PG, Bundle MW, Point: Artificial limbs domake artificially fast running speeds possible, J Appl
Physiol, vol. 108, pp. 1011-1012, 2010.
(10) Weyand PG, Bundle MW, Last Word on
Point:Counterpoint: Artificial limbs do make artificiallyfast running speeds possible, J Appl Physiol, vol. 108,pp. 1019, 2010.
(11) Weyand PG, Bundle MW, McGowan CP, Grabowski A,Brown MB, Kram R, Herr H, The fastest runner on
artificial legs: Different limbs, similar function? J Appl
Physiol, vol. 107, pp. 903-911, 2009.
(12) Zelik KE, "Net advantage" is more rooted in sport thanscience, J Appl Physiol, vol. 108, pp. 1016-1017, 2010.
(13) Brüggemann GP, Arampatzis A, Emrich F, Potthast W,
Biomechanics of double transtibial amputee sprinting
using dedicated sprinting prostheses, Sports Technol,
vol. 1, pp. 220-227, 2008.
(14) Baum BS, Schultz MP, Tian A, Shefter B, Wolf EJ,
Kwon HJ, Shim JK, Amputee locomotion: Determining
the inertial properties of running-specific prostheses,Arch Phys Med Rehab, in press.
(15) Grabowski AM, McGowan CP, McDermott WJ, Beale
MT, Kram R, Herr HM, Running-specific prostheses
limit ground-force during sprinting, Biol Lett, vol. 6, pp.
201-204, 2010.
(16) Hunter JP, Marshall RN, McNair PJ, Interaction of step
length and step rate during sprint running, Med Sci
Sports Exerc, vol. 36, pp. 261-71, 2004.
(17) Baum BS, Kinetics in individuals with unilateraltranstibial amputations using running-specificprostheses, Doctoral Dissertation, Department ofKinesiology, University of Maryland, 2012.

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