東海保健体育科学

32：1〜11, 2010.

1〔学術奨励賞〕〔原著〕
選択反応によるサイドステップカット動作中の膝関節運動について木村健二（中京大学体育学研究科），桜井伸二（中京大学体育学部）

Effect of choice reaction on knee joint kinematics during sidestep
cutting maneuvers
Kenji KIMURA 1），Shinji SAKURAI 2）【Abstract】
Previous studies on the kinetics of sidestep cutting movement reported that theexternal moment of knee joint was larger under an unanticipated (UN) condition than apreplanned (PRE) condition. The purpose of this study was to compare the lower limb
joint kinematics in sidestep cutting maneuvers in the first half of the foot contact phasebetween UN and PRE conditions.
A VICON motion analysis system using ten cameras (125Hz) was used to determine
the lower limb joint kinematics of 8 healthy male subjects during sidestep cutting tasks
performed under the UN and PRE conditions.
Knee flexion angle and anterior tibial draw at initial foot contact were smaller under the
UN condition than the PRE condition (UN: 27.4±10.0deg; PRE: 38.1±10.6deg and UN:
0.9±0.5cm, PRE: 1.3±0.6cm, respectively). Knee valgus angle at minimum running speed
in the foot contact phase was larger under the UN condition than the PRE condition (UN:7.0±1.8deg; PRE: 4.9±2.9deg). Subjects tended to turn their lower trunk in the direction of
travel after cutting earlier under the PRE condition, and the angle of pelvis in horizontal
plane at first half in foot contact phase was significantly smaller (UN: 10.3±10.6deg; PRE:20.6±10.4deg) under the UN condition than the PRE condition.
Previous research on the knee joint stiffness based on cadaveric studies reported thatthe combination of the knee valgus load and anterior tibial drawer force increased theanterior cruciate ligament tensile force. In the present study, we found that the knee valgus1）Graduate School of Health and Sport Sciences, Chukyo University2）School of Health and Sport Sciences, Chukyo University
E-mail: allegrisc@gmail.com

2

東海保健体育科学 第32巻 2010年

angle and anterior tibial draw in the first half of the foot contact phase were larger under
the UN condition. The results in the present investigation suggest that sidestep cutting
under the UN condition increases the risk of knee joint injuries.
Key words：Unanticipated condition, knee joint injuries, knee joint coordinate system
キーワード

移動方向が不測の状態、膝関節傷害、
膝関節座標系

これまでの膝関節の傷害を検討したサイドス
テップカット研究の多くは、前もって変更する方向がわかっている状態で下肢各関節のトルクを検

１.

はじめに

討したものであり、変更する方向を選択反応にサッカー、バスケットボールなどに代表されるよって決定しカッティングをおこなう脚の接地中

フィールドスポーツでは、選手は状況に応じての膝関節運動に注目したものは少ない。しかしな

様々な方向変更動作を行い、プレーを遂行していがら、サッカー、バスケットボールなどでは、選る．Andrews et al.（1977）は走行中に行われる方

手はそれぞれの状況に応じて瞬時に変更する方向

向変更動作をカッティングとよび、サイドステッ

を決定し動作を行っていると考えられる。Besier

プカット、クロスオーバーカットの 2 種類に分け

et al.（2001b, 2003）はカッティング動作におい定義した。サイドステップカットとは接地をしたて、方向についての選択反応の有無（移動方向が脚の反対側に進行方向を変更する方法で、クロス不測の状態；Unanticipated、以後 UN とする。前オーバーカットは接地をした脚の反対側の脚を身もって移動方向を指示した状態；Preplanned、以体の前方で接地脚と交差させて、接地をした脚の後 PRE とする。）によって生じる膝関節への負荷

同側に進行方向を変更する方法を示している。

の違いを、接地中における膝関節に作用する外

これまで、カッティング中に見られる急激な減的モーメントを算出し比較した。UN のサイドス

速および方向変更によって、膝関節で生じる力

テップカットでは、接地期前半に膝関節に生じる

学的ストレスから前十字靱帯（ACL）損傷のリ

外反負荷と内旋負荷が、PRE に比べ有意に増加

スクは大きくなると報告されてきた（Chappell et

したと報告している。この結果は、選択反応があal., 2007; Yu et al., 2006; Boden et al., 2000）．Agel

ること、いわば、とっさに進行方向を変えるといet al.（2005） は、 サ ッ カ ー と バ ス ケ ッ ト ボ ー

うことがサイドステップカット動作の変化を引ル に お け る ACL 損 傷 の 65% は 着 地 や 急 激 なき起こしている可能性を示している。そのため、

減 速、 方 向 変 更 の よ う に、 他 者 と の 接 触 が 無

とっさに進行方向を変える状態において、膝関節い状態（noncontact）で生じたものであるとし、運動がどのように変化するのかについて検討する

noncontact で ACL 損傷の多くが発生することをことで、サイドステップカット動作をより詳細に示した、Cerulli et al.（2003）はストレインゲージ

明らかにできると考えられる。

を直接 ACL に取り付けて急激な減速をさせた実

膝関節運動は、これまで回転運動については多験の結果から、接地した脚に作用する鉛直成分のく検討されてきた。しかしながら、膝関節は解剖

地面反力（GRF）のピークと ACL 張力のピーク

学的な構造上､ 回転運動と同時に大腿骨に対しては共に接地期前半のほぼ同時期に発生することを脛骨が並進運動を行う。膝関節は脛骨大腿関節と示した。Besier et al.（2001a）はカッティング中に膝蓋大腿関節によって構成されている。脛骨大腿膝関節に生じる内外反負荷と内外旋負荷はランニ

関節は矢状面での屈曲／伸展、および膝関節屈曲

ングと比較して有意に大きいことを示し、特にサ位において水平面の内旋／外旋の運動が可能であ

イドステップカットにおける接地期前半の内旋、り、前額面では他動的に内反／外反の運動が可能

外反負荷はランニング、クロスオーバーカットとである。膝蓋大腿関節は膝蓋骨関節面と大腿骨顆比較して大きくなることを示した。

間溝の間の関節であり、膝関節の屈伸に伴い、膝木村・桜井：選択反応によるサイドステップカット動作中の膝関節運動について

3

蓋骨関節面は大腿骨顆間溝上を滑る。脛骨大腿関節内では、関節間を構成している脛骨高原と大腿

LED Signal

骨の内／外果の関節面が膝関節の屈伸に伴い相対的に並進運動をする。このように膝関節は単純な

60°
Foot
Switch蝶番関節ではなく、回転と並進運動が組み合わさ

3.00m

ることで関節運動を実現している。これまで、脛
骨の前方引き出しなどの大腿骨に対する脛骨の並進運動は、ACL に張力を与える因子として傷害

0.90m
Multi-Pas
Systemとの関係が検討されてきた（Fleming et al., 2001;
Markolf et al., 1995）． し か し な が ら、 サ イ ド ス

Photo Cell(hight 0.6m)

0.45m
PC

テップカット中の膝関節まわりの回転運動と大腿骨に対する脛骨の並進運動を検討している研究は

3.00m

少ない。

YG

本研究ではサイドステップカットについて、前RG

もって移動方向が分かっている状態と比較して、

ZG

XG

Running Direction

VICON-MX cameras

選択反応があることによる膝関節まわりの回転運
動と大腿骨に対する脛骨の並進運動の違いを検討した . 更に、サイドステップカット接地期前半

Figure 1

Experimental setup.

に膝関節傷害のリスクが大きくなる（Besier et al.,2001a; 2001b）と報告されていることから、特にテープで示し、方向変更後の走路を 3 ｍとした

接地期前半の下肢の運動について検討した。

（Fig.1）。

本研究の目的は選択反応によってサイドステッ

助走から 60 度斜め前方へのサイドステップ

プカット動作がどのように変化するのかを接地期

カット、クロスオーバーカット、および直線走行

前半の膝関節の運動に注目して明らかにすることの走路をそれぞれ最大努力で走行するように指示である。

した。全ての被検者が右脚でカッティングを行ったため、サイドステップカットでは被検者は右脚

２.

方法

２. １

接地後に左斜め前方に移動し、クロスオーバー
被検者

カットでは右斜め前方に移動した。移動方向の被検者は 8 名の成人男性を対象として研究を

指示は、走路の前方に設置した光刺激提示装置行った。被検者の年齢は 24.1 ± 2.7 歳（平均値±（DKH 社）の LED ライトを点灯することで提示

標準偏差）、身長は 1.70 ± 0.04m、体重は 66.6 ±し、左の LED ライトが点灯したらサイドステッ

8.8kg であった。この被検者グループには、下肢プカット、右の LED ライトが点灯したらクロスの筋骨格系の傷害の既往歴がないことを事前に確オーバーカット、中央の LED ライトが点灯した認した。中京大学大学院体育学研究科倫理委員会

ら前方へ移動するように指示した。UN と PRE の規定の「人を対象とする研究に関する倫理規定」

2 つの状態について、それぞれの実験データを採に基づき、各被検者には研究の目的、実験の内容、取した。なお UN の移動方向の指示は、サイドス

安全性の説明を行い、実験参加の同意を得た。

テップカット、クロスオーバーカット、直線走
行をランダムに提示した。スタートラインの３m

２. ２

実験環境および機器設備

前方に示した１ストライド前の接地を規定する

本実験で作成した走路は方向変更後も含めて全ラインから、進行方向へ 0.45m、高さ 0.6m の位

長約 7.35m で設定した。助走から 4.35m 地点に

置に光電管（Multi-Pas System, DKH 社）を設置し、方向変更の走路を規定する３方向の走路をカラー

光電管通過の瞬間に移動方向を提示するようにし4

東海保健体育科学 第32巻 2010年

た。被検者はサイドステップカット、クロスオー

２. ３

分析

バーカット、および直線走行を指示する LED ラ

２. ３. １

イトのランダムな点灯に慣れるため、十分な練習

各被検者につき、UN と PRE のサイドステップ

をした後に実験を行った。被検者には、移動方向

カット動作をそれぞれ 3 試行成功するまで撮影しの指示後に反応して動作を行うように指示した。

た。成功試行は、移動方向の指示に合わせて方向

身体位置データの処理全ての試行において光電管通過からゴールまで変更を行い、なおかつ変更後の走路を走行できたの所要時間を計測し、被検者に計測結果をフィーものとした。移動方向の指示後に止まってしまっ

ドバックした（Fig.1）。実験では 10 台の VICON-

た試行や移動方向の指示と異なった方向へ移動しMX カメラを使用したモーションキャプチャシス

た試行は失敗として扱った。連続して失敗をした

テム（VICON Nexus, Oxford Metrics 社）を撮影ス

被検者はいなかった。分析には 3 試行の中でゴー

ピード毎秒 125 フレームで使用した。被検者のルまでの所要時間が最も短かったものを使用した。

下肢 26 点の解剖学的特徴点に直径８mm の反射計測から得られた解剖学的特徴点の 3 次元座標

マーカを厚さ２mm の台座を介して貼付し、各特値は、座標成分ごとに最適遮断周波数を決定し徴点の走行中の 3 次元座標値を採取した。採用し（Yu et al., 1999）、4 次のバターワース型デジタル

た解剖学的特徴点は、左右（LR）において上前フィルタを用いて平滑化した。走行中の計測点毎

腸骨棘（AS）、上後腸骨棘（PS）、大腿骨内外側上の最適遮断周波数の平均は 10.9Hz であった。

顆（MTH、LTH）、脛骨高原の内外側結節（MTB、LTB）、脛骨粗面（TT）、ガーディ結節（TG）、腓

２. ３. ２

骨外果（LM）、脛骨内果（MM）、シューズ上のつ走路に直交右手型の慣性系 RG を定義し、慣性

ま先（TO）･ 第 5 指上（M5）･ 踵骨隆起（CT）と系の X 軸と Y 軸がなす面を水平面とし、直走路した（Fig.2）。実験データはカッティング脚の 1

での Y 軸と Z 軸がなす面を矢状面、X 軸と Z 軸

歩前の左脚接地から、カッティング後の左脚接がなす面を前額面と定義した（Fig.1）。解剖学的地までを撮影し、サイドステップカットのデー

特徴点に取り付けたマーカの 3 次元座標値に基

キネマティクス

タを分析対象とした . 実験中に被検者が使用した

づいて、骨盤、大腿骨および脛骨セグメントに

シューズは室内用で、各被検者の所有しているも固定された運動座標系（RP、RF、RT）を定義しのであった。

た（Fig.3）。大腿骨長軸の近位端として定義した
股関節中心（CH）は、骨盤に取り付けた 4 点のマーカを利用して Vaughan（1992）の方法に基づ
RPS

LPS

LAS

RAS

いて推定した。骨盤座標系 RP の原点を仮想の身
体重心点として定義し、カッティング脚接地中の走行スピードを求めた。
サイドステップカット中のカッティング脚の接地時間は、被検者のシューズ上に貼付されたマー

RLTH

RMTH

RLTB
RTT

RMTB

LLTH

LMTH

LMTB

RTG

LLTB
LTT
LTG

カの地面からの高さを基に、CT（踵骨隆起マーカ）が地面から５cm 以下になった瞬間を接地の瞬間とし、TO（つま先マーカ）が地面から５cm以上になった瞬間を離地の瞬間として求めた。

RCT

LCT

RMM

LMM

RLM

RM5

RTO

Figure 2

LLM

LM5

LTO

Positions of reﬂective markers.

カッティング脚接地の直前の左脚の接地からカッティング脚接地（右脚）までの 1 ストライドにおける所要時間を、カッティング脚接地の直前の 1
ストライド所要時間として求めた。
膝関節の運動を膝関節まわりの回転運動と大腿木村・桜井：選択反応によるサイドステップカット動作中の膝関節運動について

5

ZKJ

XKJ

XKJ

RKJ

ZP
XP

RPS

RP

RAS

YKJ

LPS

YKJ

ZKJ

LAS

CH

Knee Joint Coordinate System (RKJ)

YP
ZF

XF

RF
YF

RLTH

RMTH

RLTB

RMTB

ZT
XT
ZG

XG

RLM

RG

RT
YT

RMM

RLTH

RLM

ZKJ

RMTH

H
RMTB

XKJ
anterior/posterior
direction

RKJ
H

compression/distraction

lateral/medial
direction

YKJ

YG

Figure 3 Segment coordinate systems, pelvis (RP),femur (RF), tibia (RT).

Figure 4 Definition of the knee joint coordinate
system (upper), and the translations oftibial proximal end relative to femoral
distal end (bottom).

骨に対する脛骨の並進運動として記述するために、れた成分を前／後方向の移動距離、ZKJ に投影さGrood and Suntay（1983）の方法に基づいて膝関れた成分を上／下方向の移動距離として定義した。

節座標系（RKJ）を定義した（Fig.4）。簡略にその股関節角度は、骨盤セグメントに固定された定義を説明すると、大腿骨左右軸（XKJ）を MTH

運動座標系 RP に対する大腿骨セグメントに固定と LTH を結んだベクトルとし、脛骨長軸（ZKJ）

された運動座標系 RF の 3 次元的な回転を回転順を MTB と LTB の 中 点 と、MM と LM の 中 点 を

序 X-Y'-Z'' のカーダン角で表した（Kadaba et al.,

結んだベクトルとした。そして、XKJ と ZKJ のな

1990）。運動座標系 RP に対する運動座標系 RF のす面に直交するベクトルを浮動軸（YKJ）とした。

X 軸まわりの回転を股関節の屈曲／伸展運動軸と膝関節まわりの回転運動は、膝関節の屈曲／伸展

し、Y' 軸まわり、Z'' 軸まわりの回転を、それぞ角を YF と YKJ の間の角度と定義し、内／外旋角

れ股関節の内／外転運動軸、内／外旋運動軸としと内／外反角も同様に、それぞれ XT と YJK、XFて定義した（Fig.3）。なお、算出された各関節角と ZT の間の角度で定義した。並進運動について

度と並進移動距離は立位姿勢を基準にオフセット

は、MTH と LTH の中点と MTB と LTB の中点をされた関節角度と並進移動距離として表わした。

結んだベクトル H を RKJ に投影し、XKJ に投影さ下肢の方向変更中の進行方向の変化を記述する

れた成分を左／右方向の移動距離、YKJ に投影さために、水平面（X-Y 面）上に骨盤を 2 次元的6

東海保健体育科学 第32巻 2010年に投影し、カッティング脚の接地中において、水走行スピード極小点のスピードは、PRE よりも有意に減少し、UN では 1.68 ± 0.37 m/s、PRE で平面の骨盤の回転角を示した。

は 3.23 ± 0.31 m/s であり、UN では接地中の有意２. ３. ３

統計処理

な減速が認められた。減速量は、UN では 0.84 ±UN と PRE の 2 つの条件間における、サイド0.23 m/s、PRE で は 0.30 ± 0.09 m/s で あ り、UN

ステップカット中の走行スピード、カッティング

では有意に大きな減速量が認められた。UN にお脚の接地時間、カッティング脚接地の直前の 1 ス

ける、カッティング脚接地時間は、PRE よりも

トライド所要時間、膝関節まわりの回転運動と大有 意 に 増 大 し、UN で は 0.32 ± 0.07 秒、PRE で腿骨に対する脛骨の並進移動距離、股関節角度、は 0.20 ± 0.02 秒であった。カッティング脚接地

水平面上の骨盤の回転角に関する結果について、の直前の 1 ストライド所要時間は、UN では 0.34

条件間の平均値の差の検定を行った。検定には対± 0.07 秒、PRE では 0.23 ± 0.05 秒であり、有意応のある t-test を用いた。また、膝関節まわりのな差が認められた。UN、PRE 共に走行スピード

回転運動と大腿骨に対する脛骨の並進移動距離のの時系列変化は、走行スピード極小点まで減少のそれぞれとサイドステップカット中の走行スピー傾向を示した。

ドとの間の相関、および膝関節まわりの回転運動と大腿骨に対する脛骨の並進移動距離の間につい

３. ２

とした。

接地期前半における膝関節まわりの回転運動ての相関を検定した。有意水準は全て５% 未満

これまで、カッティング中に見られる急激な減速は、膝関節で生じる力学的ストレスを増加さ

３.

結果

３. １

せ、前十字靱帯（ACL）損傷のリスクを大きくす
サイドステップカット中の走行スピーると報告されてきた（Chappell et al., 2007; Yu etal., 2006; Boden et al., 2000）。本研究では、急激なドと接地時間UN と PRE の 2 つ の 条 件 間 に つ い て、 カ ッ減速が行われると考えられる接地期前半を、カッティング脚接地の瞬間の走行スピードと接地中のティング脚接地中の走行スピード極小点までとし走行スピード極小点のスピード、カッティング脚た。条件間のカッティング脚接地の瞬間と走行ス

接地時間、カッティング脚接地の直前の 1 ストラ

ピード極小点におけるそれぞれの膝関節屈曲／伸イド所要時間の平均値と標準偏差を Table 1 に示

展角、内／外旋角、内／外反角の平均値と標準偏した。

差を Table 2 に示した。

UN における、接地の瞬間の走行スピードは、UN における、接地の瞬間の膝関節屈曲角は、PRE よりも有意に減少し、UN では 2.52 ± 0.58m/s、PRE よりも有意に小さく、UN では 27.4 ± 10.0 、PRE では 3.52 ± 0.32m/s であった。UN における、PRE では 38.1 ± 10.6 であった。UN と PRE それ

Table 1 Running speed (average ±S.D.) at initial foot contact and at minimum running speed in foot contact
phase. Durations (average ±S.D.) of foot contact and pre foot contact under the UN condition andunder the PRE condition.
At Initial Foot Contact
UnanticipatedRunning Speed (m/s)

2.52(±0.28)
Unanticipated

Preplanned
3.52 (±0.32)＊

At Minimum Running Speed
Unanticipated
1.68 (±0.37)

Preplanned
3.23(±0.31)＊

Preplanned

Duration of Foot Contact (s)0.32(±0.07)

0.20 (±0.02)＊

Duration of Pre Foot Contact (s)0.34(±0.07)

0.23 (±0.05)＊＊denotes signiﬁcant diﬀerence between Unanticipated and Preplanned (p<0.05).

木村・桜井：選択反応によるサイドステップカット動作中の膝関節運動について

7

ぞれにおける、接地の瞬間の膝関節屈曲角は、走PRE それぞれにおける、走行スピード極小点の行スピードとの間に有意な相関が認められなかっ

膝関節外反角は、走行スピードとの間に有意なた（UN: r ＝ -0.18, PRE: r = -0.18, p>0.05）。UN、相関は認められなかった（UN: r ＝ -0.05, PRE: r =PRE 共に膝関節屈曲角の時系列変化は、走行ス

0.04, p>0.05）。UN における、走行スピード極小

ピード極小点まで増加の傾向を示した。

点までの膝関節外反角の時系列変化は 1 名を除い

UN における、走行スピード極小点の膝関節外て外反角増加の傾向が認められ、PRE において

反角は、PRE よりも有意に大きく、UN では 7.0

は、1 名を除いて外反角変位が小さい傾向が認め± 1.8 、PRE で は 4.9 ± 2.9 で あ っ た。UN とられた（Fig.5）。

Figure 5 Changes of knee valgus angle in decelerating phase under the Unanticipated (top) and thePreplanned (bottom) conditions.

Table 2Knee joint kinematics (average ±S.D.) at initial foot contact and at minimum running speed in footcontact phase. Translations of tibial proximal end relative to femoral distal end (average ±S.D.)
under the UN condition and under the PRE condition.
At Initial Foot Contact
Unanticipated

Preplanned

At Minimum Running Speed
Unanticipated

Preplanned

Flexion Angle (deg)27.4 (±10.0)

38.1 (±10.6)＊

60.2 (±7.7)56.8 (±4.4)

External Rotation Angle (deg)-0.2 (±5.9)

0.6 (±3.2)-0.1 (±5.9)0.2(±4.3)

Valgus Angle (deg)

4.8 (±2.7)4.4 (±2.4)7.0 (±1.8)4.9 (±2.9)＊

Lateral Tibial Shift (cm)

0.3 (±0.3)

0.3 (±0.2)

0.3 (±0.2)

0.2 (±0.2)

Anterior Tibial Draw (cm)

0.9 (±0.5)

1.3 (±0.6)

2.0 (±0.5)

2.2(±0.7)

Joint Distraction (cm)

0.4 (±0.5)0.2 (±0.7)-0.1 (±0.7)-0.2 (±0.7)＊denotes signiﬁcant diﬀerence between Unanticipated and Preplanned (p<0.05).

8

東海保健体育科学 第32巻 2010年

３. ３

接地期前半における大腿骨に対する脛た。
UN における、接地の瞬間の股関節屈曲角は、骨の並進移動距離
条件間のカッティング脚接地の瞬間と走行ス

PRE よりも有意に小さく、UN では 33.9 ± 6.8 、ピード極小点におけるそれぞれの大腿骨に対するPRE では 46.7 ± 9.5 であった。また、条件に関脛骨の内／外側移動距離、前／後方移動距離、大わらず、カッティング脚接地期前半において、股腿骨の遠位端と脛骨の近位端間の上／下方向移動

関節は内旋位と外転位をとっていた。

距離の平均値と標準偏差を Table 2 に示した。

UN における、カッティング脚接地中の水平面

UN における、接地の瞬間の脛骨前方移動距の骨盤の回転角は、PRE と比較して、接地の瞬間

離 は、PRE よ り も 有 意 に 小 さ く、UN で は 0.9と走行スピード極小点で共に進行方向へ向く回転± 0.5cm、PRE で は 1.3 ± 0.6cm で あ っ た。UN角が有意に小さく、接地の瞬間において、UN でと PRE それぞれにおける、接地の瞬間の脛骨前

は 11.4 ± 8.0 、PRE では 16.6 ± 9.3 、走行スピー

方移動距離は、走行スピードとの間に有意な相ド 極 小 点 に お い て、UN で は 10.3 ± 10.6 、PRE関を認めなかった（UN: r ＝ 0.20, PRE: r = -0.21,

で は 20.6 ± 10.4 で あ っ た。UN に お け る カ ッ

p>0.05）。PRE において、接地の瞬間の脛骨前方

ティング脚接地期前半の骨盤は、PRE と比較して、移動距離は膝関節屈曲角との間に有意な正の相関

進行方向へ向く回転角が有意に小さかった。

が認められた（PRE: r ＝ 0.73, p<0.05, UN: r = 0.36,
p>0.05）。走行スピード極小点の脛骨前方移動距

４.

考察

離は、UN において、膝関節屈曲角との間に有意

本研究の目的は、UN と PRE の 2 つの条件間な正の相関が認められた（UN: r ＝ 0.78, p<0.05,

において、サイドステップカット動作がどのよう

PRE: r = 0.13, p>0.05。UN、PRE 共に大腿骨に対に変化するのかを、カッティング脚接地期前半のする脛骨前方移動距離の時系列変化は、走行ス

膝関節の屈曲／伸展角、内／外旋角、内／外反

ピード極小点まで増加の傾向を示し、大腿骨に対角、および大腿骨に対する脛骨の内 / 外側移動距

する脛骨の内／外側移動量と大腿骨の遠位端と脛

離、前／後方移動距離、大腿骨の遠位端と脛骨の骨の近位端間の上／下方向移動距離の時系列変化

近位端間の上／下方向移動距離に注目して明らか

は、移動量の変化が小さい傾向が認められた。

にすることである。
UN のサイドステップカットでは、カッティン

３. ４

接地期前半における股関節角度と水平面の骨盤の回転角

グ脚接地の瞬間の走行スピードと極小点の走行ス
ピードが共に、PRE よりも有意に遅かった。カッ

条件間のカッティング脚接地の瞬間と走行ス

ティング脚の接地時間とカッティング脚の接地の

ピード極小点におけるそれぞれの股関節屈曲／伸直前の 1 ストライドの所要時間は、UN で有意に

展角、内／外旋角、内／外転角および水平面の骨長かった。すなわち、選択反応課題があることで、盤の回転角の平均値と標準偏差を Table 3 に示し走行スピードは減少し、反応をしてからサイドス

Table 3

Hip joint kinematics (average ±S.D.) at initial foot contact and at minimum running speed in footcontact phase under the UN condition and under the PRE condition.
At Initial Foot Contact
Unanticipated

Preplanned

At Minimum Running Speed
Unanticipated

Preplanned

Flexion Angle (deg)33.9 (±6.8)

46.7 (±9.5)＊

38.4 (±6.6)41.4 (±7.0)Internal Rotaion Angle (deg)10.2 (±8.2)

6.9 (±9.0)10.8 (±7.5)8.2 (±8.4)

Abduction Angle (deg)12.4 (±6.1)

7.8 (±4.3)

12.4 (±5.4)8.4 (±6.0)

Direction Angle of Pelvis (deg)11.4 (±8.0)

16.6 (±9.3)

10.3 (±10.6)

20.6 (±10.4)＊＊denotes signiﬁcant diﬀerence between Unanticipated and Preplanned (p<0.05).

木村・桜井：選択反応によるサイドステップカット動作中の膝関節運動について

9

テップカットを完了するための所要時間は長くなができず、筋の活動のタイミングや大きさが変化る傾向が認められた。Rand and Ohtsuki（2000）は、することで、膝関節に生じる負荷が増大すると考方向変更の指示のための視覚刺激を走行中に与え察している。本研究における走行スピード極小点

ることで、急激な方向変更動作の変化を検討した。

の膝関節外反角の増大は、選択反応課題があるこ

彼らは、方向変更動作を正確に遂行するためには、とで膝関節に生じた負荷の増大の影響によるもの

長い接地時間によって、動作の準備時間を作り出であると考えられる。

す必要があると考察した。本研究も同様に、移動

UN における、接地の瞬間の大腿骨に対する脛

方向呈示に反応してからカッティング完了までの骨の前方移動距離は、PRE よりも有意に小さかっ間において、走者はカッティング脚の接地の直前た。また、走行スピード極小点の大腿骨に対するの 1 ストライドの所要時間とカッティング脚の接脛骨の前方移動距離は、膝関節屈曲角との間に有地時間を長くすることで動作の準備時間を作り出

意な正の相関が認められた。接地の瞬間の膝関節し、60 方向のサイドステップカットを成功させ屈曲角は、PRE よりも有意に小さかったこともていたと考えられる。

合わせると、走者は UN の接地の瞬間には、膝関Besier et al.（2001b）は、選択反応課題がある

節屈筋群と伸展筋群の共収縮（Besier et al., 2003）

ことで、カッティング脚接地の瞬間の膝関節屈を行うことで、膝関節の剛性を高めて接地をして曲角は大きくなったと報告している（UN と PREいたことが示唆された。これまで膝関節屈曲／伸で、 膝 関 節 屈 曲 角 は そ れ ぞ れ、34.3 と 32.3 、展の運動面（矢状面）において、脛骨の前方引

p<0.01、と報告している）。しかし、彼らの研究

き出し力と ACL の張力の関係が検討されてきたではフォースプレート上に接地するという実験デ（Yu et al., 2006；Pflum et al., 2004）。 彼 ら の 研 究

ザインによる制約があったため、カッティング

では、急激な減速や landing によって、減速のた

脚接地位置の制限が内在していると考えられる。

めの地面反力の後方成分が増加することで、膝関フォースプレートなどへの足の接地の制限につい

節屈曲方向の外的モーメントが生じ、それに抗すては、動作の制限を招く原因として検討されているための大腿四頭筋の活動による膝関節伸展モーる（Sanderson et al., 1993）。本研究ではカッティ

メントの発生は、同時に脛骨の前方引き出し力とング脚の接地位置に制約は無く、カッティング後なり、ACL 張力を増大させるとしている。本研に走路を通過することを試技の課題としたため、究では地面反力について検討していないため、前接地の制限についての問題は生じなかった。

方移動量と地面反力の後方成分との間の関係を検UN における、接地中の走行スピード極小点

討することはできなかった。しかしながら、UNの膝関節外反角は、PRE よりも有意に大きかっにおける、走行スピード極小点の脛骨の前方移動た。膝関節外反角と走行スピードとの間に有意な距離は膝関節屈曲角の増加と共に増加していたこ

相関は認められなかったことから、選択反応課題とから、大腿四頭筋のエキセントリックな活動にがあることが、走行スピード極小点の膝関節外反

よって、膝関節伸展モーメントと共に脛骨の前方角の増大を引き起こしたと考えられる。Besier et

引き出し力が生じ、脛骨の前方移動距離の増加を

al.（2001a, 2001b）は、サイドステップカット中引き起こしたと考えられる。

の Peak Push Off 時（鉛直方向の地面反力が最もUN における、接地の瞬間の股関節屈曲角は、大きくなった瞬間）では、ランニングと比較してPRE よりも有意に小かった。また、両条件とも外的な膝関節外反モーメントが大きくなることを

カッティング脚接地期前半において、股関節は内示した。また、選択反応課題があることで、PRE旋位と外転位をとっていた（Tab. 3）。また、水よりも、Peak Push Off 時の外的な膝関節外反モー

平面の骨盤の向きは、接地の瞬間と走行スピード

メントは 1.5 倍増大すると報告した。彼らは、選極小点で共に、PRE よりも進行方向へ向く回転

択反応課題があることによって、カッティング動角が有意に小さかった。このことは、選択反応課

作を正確に遂行するための十分な時間を取ること

題があることで、走者の目的とする移動方向に下10

東海保健体育科学 第32巻 2010年

肢を向けることができなかったことを示している。

５.

結論

減速期の股関節内旋位と外転位は、減速のための

選択反応課題があることで、サイドステップ

地面反力の鉛直成分の影響で、膝関節に外的な外カット中の接地の瞬間において膝関節屈曲角は減反モーメントを生じさせると考えられる。さらに、少し、接地中の走行スピード極小点における膝関

股関節内旋位と外転位での膝関節屈曲運動は、膝節外反角は増大した。また、走行スピード極小点

関節中心と地面反力の鉛直成分との間のモーメン

において、大腿骨に対する脛骨の前方移動距離とトアームを増加させるため、外的な膝関節外反

膝関節屈曲角との間に有意な正の相関を認めた。

モーメントを更に増加させると考えられる。本

カッティング脚接地期前半の股関節は内旋位と外研究で示された、UN における、接地中の走行ス転位であった。そのため、膝関節屈曲運動に伴っピード極小点の膝関節外反角の増大は、選択反応て、外的な膝関節外反モーメントが増大すること課題があることによる、骨盤の水平面における回で、外反角が増大したと考えられた。本研究で確転角の減少と股関節内旋位と外転位での膝関節屈認された走行スピード極小点における膝関節外反曲運動の影響で、外的な膝関節外反モーメントが角の増大と脛骨の前方引き出しは、ACL の張力増加したため生じたものであると考えられる。

を増加させると報告がされていることから、選択本研究では、被検者に身体マーカを貼付け、サ反応によるサイドステップカット動作は、膝関節イドステップカット中の膝関節まわりの回転運動

傷害を引き起こす要因をもつことが示唆された。

と大腿骨に対する脛骨の並進運動について検討した。これまで、身体マーカを使用して歩行やサイ文

ドステップカット中の動作を撮影する際に生じる

１）Agel J., Arendt, E. A., and Bershadsky B.（2005）

皮膚動揺によるマーカ認識誤差について検討がAnterior cruciate ligament injury in national collegiate

されてきた（Benoit et al., 2006; Reinschmidt et al.,athletic association basketball and soccer. Am. J.

1997; Lafortune et al., 1992）。本研究でも同様に身体マーカの認識誤差は含まれていると考えられる。

献Sports Med. 33:524-530.
２）Andrews, J. R., McLeod, W. D., Ward T. andしかしながら、同被検者において同じ解剖学的特Howard K.（1977）The cutting mechanism. Am. J.

徴点にマーカを貼付けた状態で、サイドステップ

Sports Med. 5:111-121.

カットの条件間の比較をすることを目的としたた

３）Benoit, D. L., Ramsey, D. K.,Lamontagne M., Xu

め、皮膚動揺による影響を含みながらも、条件間

L., Wretenberg P. and Renstroem P.（2006）Effectの違いは明らかにすることができたと考えられる。

of skin movement artifact on knee kinematics during

Markolf et al.（1995）は、脛骨の前方引き出し

gait and cutting motions measured in vivo. Gait and

力に内外反負荷と内外旋負荷のそれぞれを死体膝Posture 24: 152-164.

関節に組み合わせて生じさせることで、ACL 張４）Besier, T. F., Lloyd, D. G., Cochrane, J. L. and力の増加を検討した。結果として、脛骨の前方引

Ackland, T. R.（2001a）External loading of the knee

き出し力と外反負荷との組み合わせで膝を 10 以

joint during running and cutting maneuvers. Med. Sci.

上屈曲させた場合に、脛骨の前方引き出し力のみ

Sports Exerc. 33:1168-1175.

と比較して 1.5 倍から 2 倍の ACL 張力が生じた

５）Besier, T. F., Lloyd, D. G., Ackland, T. R. andと報告した。本研究で示された、選択反応課題がCochrane, J. L.（2001b）Anticipatory effects on knee

あることによるサイドステップカット動作の変化

joint loading during running and cutting maneuvers.

は、ACL 張力を増加させる条件と一致していた。

Med. Sci. Sports Exerc. 33:1176-1181.

すなわち、選択反応があることで、カッティング

６）Besier, T. F., Lloyd, D. G. and Ackland, T. R.（2003）

脚接地期前半における膝関節の ACL の張力は増

Muscle activation strategies at the knee during running

加し、膝関節傷害のリスクが高くなる可能性を示

and cutting maneuvers. Med. Sci. Sports Exerc.

唆している。

35:119-127.

木村・桜井：選択反応によるサイドステップカット動作中の膝関節運動について

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