【原著論文】

持続可能なその場跳躍運動における跳躍テンポの変化が
酸素摂取量，心拍数，跳躍動作に与える影響
川端良介 1)2)，戸塚学 3)，相馬優樹 4)，大島義晴 5)
Effect of changes in jump tempo on oxygen uptake, heart rate and jumping motion
during a sustainable rebound jump
Ryosuke KAWABATA, Manabu TOTSUKA3), Yuki SOMA4), Yoshiharu Ohshima5)

1)2)

Abstract
Sustained rebound jumps with a defined jumping tempo show the highest oxygen uptake in the 100-130
beats per minute (bpm) range. However, the causes of the maximum values of oxygen uptake and heart rate
at particular jumping tempos are unclear. Herein, we measured the oxygen uptake and heart rate during
sustainable rebound jumps with defined jumping tempos. In addition, a kinematic analysis was performed.
The factors generating the highest oxygen uptake and heart rate were examined. The subjects were 11 highschool students who participated in an athletic club. They performed continuous jump exercises at six
different jump tempos (70, 93, 115, 138, 160, and 183 bpm) for 6 min. The average oxygen uptake andheart rate within 5–6 min were calculated. Motion analysis was conducted for the three leaps immediately
after 5 min had elapsed. The oxygen uptake and heart rate peaked at the jump tempo of 115 bpm anddecreased when the jump cycle diverged from 115 bpm. At 70 and 93 bpm, there was a tendency to repeat
flexion and extension twice at each joint after ground contact. At 115, 138, 160, and 183 bpm, there was atendency to flex and extend after ground contact. Therefore, the occurrence of an optimal jumping tempo
with the highest oxygen uptake and heart rate in a sustainable rebound jump can be attributed to changes
in the jumping motion.
Key words：heart rate, energy expenditure, joint angle
キーワード：心拍数，エネルギー消費量，関節角度

1)八戸工業高等専門学校総合科学教育科〒039-1192 青森県八戸市田面木字上野平 16-1
2)弘前大学大学院医学研究科社会医学講座〒036-8562 青森県弘前市在府町 53)弘前大学教育学部保健体育講座〒036-8560 青森県弘前市文京町 14)岩手県立短期大学部生活科学科〒020-0693 岩手県滝沢市巣子 152-52
5)東北女子大学児童学科〒036-8530 青森県弘前市清原 1-1-16

1

東北体育・スポーツ科学研究 Vol. 1, pp.1-11, 2021

その場跳躍における跳躍テンポの変化が酸素摂取量，心拍数，跳躍動作に与える影響

１．緒 言
長時間継続可能なリバウンドジャンプ，ホッピングなどのその場跳躍運動は，跳躍テンポを変化させることで，エネルギー消費量（榎木ほか，1973；Jette et al.，1979；黒田ほか，1990；丹羽ほか，1960；
小川ほか，1974；Quirk and Sinning，1982；Town et al，1980；山本ほか，1978），心拍数（Myles etal.，1981），地面反力（山口ほか，2000），筋，腱-弾性系関与の割合（山口ほか，2002），トレーニング
効果（Jones et al.，1962）などに違いがでる．そのため，フィジカルトレーニングや健康づくりの現場において，長時間継続可能なリバウンドジャンプ，ホッピングのテンポ設定は，運動強度の調節のために考慮するべき要素の一つであると考えられる．
縄跳び運動やその場跳躍運動ではある一定の跳躍テンポで酸素摂取量，心拍数の最高値が出現した報告がみられる．縄跳び運動では，榎木ほか（1973）は中学生 10 名を対象とし，1 回旋 1 跳躍両足跳びを 60，90，110 bpm（beats per minute）及び個人が行える最大跳躍速度の 4 種類の跳躍周期に規定したときの酸素摂取量を測定した結果，酸素摂取量は 110 bpm で最高値を示したと報告している．また，山本と平松（1978）は男子大学生 2 名を対象とし， 8 種類（60－130 bpm）の跳躍周期で同様の測定を行った結果，酸素摂取量は 100 bpm で最高値を示したと報告している．一方，黒田ほか（1990）は男子
大学生 6 名を対象とし，7 種類（20－180 bpm)の跳躍周期に規定し，その場跳躍運動を行わせたときの酸素摂取量，心拍数を測定した結果，110－130 bpm 間に酸素摂取量，心拍数が最高値になることを明らかにしている．しかし，榎木ほか（1973），山本と平松（1978）の報告では生理学的分析しか行っておらず，黒田ほか（1990）の報告では生理学的分析に加え，接地時間，離地時間の測定のみであった．
縄跳び運動やその場跳躍運動において，跳躍テンポを速くすることが単位時間当たりの跳躍回数の増加を導くにも関わらず，酸素摂取量及び心拍数の最高値が 100－130 bpm で出現するということは，この跳躍テンポ前後において跳躍動作に変化がみられる可能性が考えられる．しかし，これらの跳躍運動をバイオメカニクス的分析により比較した報告は見られず，縄跳び運動やその場跳躍運動の酸素摂取量
及び心拍数の最高値が出現する要因は未だ明確にはなっていない．
そこで，本研究では，その場跳躍運動において，ある一定の跳躍テンポで酸素摂取量，心拍数が最高値を示す原因が，跳躍動作の変化に起因するかを明らかにすることを目的として，酸素摂取量と心拍数の測定に加え，キネマティクス的分析、及び地面反力の測定を行い，取得したデータの関連を検討した．

２．方 法
2.1 対象者
対象者は，運動部に所属する男子高校生 11 名とした．また，対象者の身体的特徴は Table 1 に示した．なお，本研究では平成 31 年度八戸工業高等専門学校研究倫理審査委員会の承認を得た上で，規定
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その場跳躍における跳躍テンポの変化が酸素摂取量，心拍数，跳躍動作に与える影響に基づき事前に十分な説明を研究対象者，研究対象者の保護者に対して行い，両名に書面にて参加の同意を得て実施した．

Table 1 Characteristics of subjects(n = 11)

Mean

±

SD

Age (year)

17.4

±

0.4

Height (cm)

171.3

±

6.3

Body mass (kg)．
VO 2 max (ml・kg-1・min-1)

65.5

±

6.4

52.4

±

5.1

HRmax (bpm)

186.1

±

11.6

2.2 運動課題
実験ではメトロノーム（SEIKO 社製，SQ200）を使用し，6 種類の跳躍テンポ（70，93，115，138，
160，183 bpm）を設定した．なお，縄跳び運動やその場跳躍を対象とした過去の報告では跳躍テンポの設定は統一されていなかったため，独自の跳躍テンポ設定を行った．先行研究において酸素摂取量，心拍数の最高値が 100－130 bpm で出現しているため（黒田ほか，1990；山本と平松，1978），115 bpm
を中心に跳躍テンポの設定を行った．また，予備実験において跳躍テンポの間隔が狭くなることにより個人差が出現したため，個人差が出現しにくい最小限の間隔で設定し，47，70，93，115，138，160，
183 bpm の 7 種類の跳躍テンポで測定を行う予定であった．しかし，47 bpm は実験対象者がメトロノームのテンポに併せて跳躍することが困難であったため，結果的に 47 bpm を除いた 6 種類の跳躍テン
ポを運動課題とした．
対象者にはテンポを規定した 6 種類のその場跳躍運動をフォースプレート（テック技販社製，TF-4060）
上で 6 分間行わせた．本研究では腕の振り込み動作の影響がでないように腰に手を当て，運動課題を行うよう指示した．また，予備実験において，対象者に跳躍テンポと跳躍高を規定して，その場跳躍運動を行わせたところ，跳躍テンポが安定しなかったため，フォースプレートからわずかに足が離れる程度の跳躍を行うように指示し，正確な跳躍高の設定については条件から排除した．
試技の前には十分なウォーミングアップを行い，1 日の最高試技数を 2 種類に設定した．また，試技間には疲労の影響がでないように十分な休息をとらせた．なお，各テンポの施行順序はランダムで行い，施行順序による影響が出ないように配慮した．

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その場跳躍における跳躍テンポの変化が酸素摂取量，心拍数，跳躍動作に与える影響

2.3 酸素摂取量，心拍数の測定．
最大酸素摂取量（maximal oxygen uptake，以下，VO 2 max），HRmax の測定には呼吸代謝測定装置（Medical Graphics Corporation 社製，VO2000），心拍センサー（Polar 社製，H2），自転車エルゴメー
ター（Konami 社製，75XLⅢ）を使用した．測定に用いたプロトコールは，60rpm の回転速度，90W の負荷で 2 分間駆動し，その後は回転速度を保ちながら 1 分毎に 30W ずつ漸増負荷するものであり，対象者には最高努力に達するまで駆動させ，そのときの酸素摂取量及び心拍数を結果として用いた．また，．
山地（1992，pp. 14-15）は最大努力を客観的にチェックする項目として，VO のプラトー現象の発現，年齢から推定される最高心拍数（HRmax=20-age）にほぼ達していること，Respiratory quotient（以下，RQ）>1.0~1.5，血中乳酸が 10mmol/l 以上に達すること，RPE（主観的運動強度）が 19 あるいは 20 の
5 つの指標がすべて満たされることが理想であるが，一般的には 5 つの指標の中 2 つ以上を満足するも．
．
のを VO 2 max とすると言及している．そのため，本研究では，VO のプラトー現象の発現，年齢から推定される最高心拍数にほぼ達していること，RQ>1.0~1.5 の 3 項目を満足したときに最大努力に達したと判断した．
その場跳躍運動中の酸素摂取量，心拍数の測定においても上記した呼吸代謝測定装置，心拍センサーを使用した．本研究では，予備実験にて，約 5 分で全ての跳躍テンポにおいて定常状態が見られたため，測定開始後 5－6 分の 1 分間の酸素摂取量・心拍数の平均値を各対象者の結果とした．
．
% VO 2 max，%HRmax は各テンポで得られた 1 分間の酸素摂取量，心拍数の平均値をそれぞれ最大
酸素摂取量，最高心拍数で除して算出した．

2.4 力学的分析による測定
本研究では，酸素摂取量，心拍数の測定時間の統一や，1 跳躍毎の跳躍動作が安定しない場合を考慮し，全ての跳躍テンポにおいて跳躍時間が 5 分を経過した直後からの連続した 3 跳躍を分析対象とした．その場跳躍運動の様子と足，膝，股関節の角度定義は Fig. 1 に示した．対象者右側方 15m の地点に
ハイスピードカメラ（CASIO 社製，EX-FH25，240Hz）を設置し，2×2cm のマーカーを添付した身体計測点 5 点（肩峰，大転子点，膝関節中心，外果点，第 5 中足骨頭）の 2 次元座標データと較正マーク
4 点をデジタイズソフト（ディテクト社製，Dipp-Motion DIG）を利用し，デジタイズを行った．その後，4 点実長換算法によって得られた 2 次元座標値を，Butterworth digital filter によって遮断周波数
7Hz で平滑化した．なお，本研究ではその場跳躍運動が左右対称であると仮定して分析を行った．また，
地面反力を測定するために，フォースプレートを使用した．得られた地面反力の鉛直成分データから，
20N 以上を閾値として，接地時間及び滞空時間を求め，以下の式に滞空時間を代入し，跳躍高を算出し

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その場跳躍における跳躍テンポの変化が酸素摂取量，心拍数，跳躍動作に与える影響た．なお，本研究では重力加速度は 9.81(m/s2)として計算を行った．

跳躍高=(重力加速度×滞空時間 2)/8

Fig. 1 Experimental setting for motion analysis and definitions of joint angle

2.5 データの規格化
本研究では，足の接地から離地までの接地局面を分析の対象とした．また，各対象者の地面反力の結果は分析対象となった 3 跳躍の接地局面に要した時間を 100%として地面反力，関節角度のデータを規格化し，1%ごとに平均した．さらに，全ての対象者の地面反力，関節角度は各対象者の地面反力，関節角度の結果を平均して示した．また，地面反力は対象者の体重で規格化し，酸素摂取量は対象者の体重，時間で規格化した．

2.6 統計処理
各測定項目は平均値±標準偏差で示した．本研究では，跳躍テンポの速さによる酸素摂取量，心拍数，5
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その場跳躍における跳躍テンポの変化が酸素摂取量，心拍数，跳躍動作に与える影響

接地時間の違いを検討するため，跳躍テンポの速さを要因とした一要因反復測定分散分析を行い，事後検定に Bonferroni の方法を用いた．なお，統計解析には SPSSver.25 を使用し，有意水準は危険率 5%未満とした．

３．結 果．
Table 2 には跳躍テンポと酸素摂取量，%VO 2 max，心拍数，%HRmax，接地時間，離地時間，跳躍高，．
実際に対象者が遂行した跳躍テンポ（spm（skip per minute））を示した．VO 2 max，HRmax はともに
115 bpm で最高値（それぞれ，58.8%，79.6%），93 bpm で最低値（それぞれ 40.0%，64.3%）が出現した．また，接地時間は跳躍テンポが速くなるとともに短くなり，滞空時間及び跳躍高に関しては大きな差はみられなかった．

Table 2 Physiologic and kinematic variables in jump cycles between 70 and 183 bpm( n = 11 )

±

SD

21.2

±

4.3

40.7

±

Heart rate (bpm)

122.0%HRmax

115 bpm
Mean ±

SD

c,d

30.8

±

4.1

a,b,d,e,f

6.4

c,d

58.8

±

6.5

a,b,d,e,f

±

12.9

c,d

147.9 ±

14.9

a,b,d,e,f

±

6.6

c,d

79.6

7.3

a,b,d,e,f

Mean

±

SD

c,d

20.9

±

3.4

8.0

c,d

40.0

±

±

10.4

c,d

119.4

65.7

±

5.9

c,d

64.3

Contact time (s)0.766± 0.026 b,c,d,e,f 0.577± 0.015 a,c,d,e,f

0.420 ±

0.033 a,b,d,e,f

Air time (s)0.092± 0.0200.070± 0.012 d

0.098 ±

0.032

Jump height (m)0.011± 0.005

0.006± 0.002 d

0.013 ±

0.008

115.9 ±

2.4

Jump tempo (spm)( n = 11 )

69.9

±

0.6

b,c,d,e,f

92.7

138 bpm±

1.4

a,c,d,e,f

160 bpm

Mean

±

SD

25.2

±

2.7

48.3

±

Heart rate (bpm)

130.0%HRmax±a,b,d,e,f

183 bpm

Mean

±

SD

Mean ±

SDa,b,c,e,f

22.5

±

2.6

c,d

21.7

±

1.0

c,d

5.1

a,b,c,e,f

43.1

±

4.6

c,d

41.7

±

3.9

c,d

±

11.1

a,b,c,e

125.1

±

12.0

c,d

122.8 ±

10.5

c

70.0

±

5.6

a,b,c,e

67.3

±

5.8

c,d

66.0

4.1

c

Contact time (s)0.327± 0.016 a,b,c,e,f

0.281± 0.016 a,b,c,d,f 0.246 ±0.024 a,b,c,d,e

Air time (s)0.106± 0.012 b0.091± 0.018

0.08

±

0.025

Jump height (m)0.014± 0.003 b

0.011± 0.004

0.009 ±

0.005

Jump tempo (spm)

138.9

±

161.4

±

183.8 ±

3.0．
VO2 (ml・kg-1・min-1)．
%VO2maxd

93 bpmMean．
VO2 (ml・kg-1・min-1)．
%VO2maxa70 bpm3.0

a,b,c,e,fb

3.5

a,b,c,d,f±a,b,c,d,ecsignificant difference (P < 0.05) vs 70 bpm; significant difference vs 93 bpm; significant difference vs 115 bpm;efsignificant difference vs 138 bpm; significant difference vs 160 bpm; significant difference vs 183 bpm

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その場跳躍における跳躍テンポの変化が酸素摂取量，心拍数，跳躍動作に与える影響

Fig. 2 には各跳躍テンポにおける足関節，膝関節，股関節の関節角度の時系列的変化パターンを規格化時間で示した．70，93 bpm においては接地後，各関節において屈曲と伸展を 2 度繰り返す傾向がみられ，115，138，160，183 bpm においては，接地後に屈曲，伸展する傾向がみられた．

Fig. 2 Averaged patterns of joint angle during ground contact phase in jump cycles between 70 and 183 bpm

Fig. 3 には，それぞれ各跳躍テンポにおける鉛直方向の地面反力を規格化時間で示した．鉛直地面反力は 70，93 bpm に二相性波形，115，138，160，183 bpm に単相性波形が見られ，183 bpm において最も高い値で推移する傾向がみられた．

Fig. 3 Averaged patterns of vertical ground reaction force during ground contact phase in jump cycles between
70 and 183 bpm

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その場跳躍における跳躍テンポの変化が酸素摂取量，心拍数，跳躍動作に与える影響

４．考 察
本研究では，6 種類の跳躍テンポに規定した持続可能なその場跳躍運動における酸素摂取量及び心拍数を測定した（Table 2）．
黒田ほか（1990）は男子大学生 6 名を対象とし，その場跳躍運動を行わせたときの酸素摂取量，心拍数を測定した．その後，跳躍テンポを独立変数，酸素摂取量，心拍数を従属変数として，測定した結果
を 2 次曲線に近似したところ全ての対象者において 110－130 bpm で酸素摂取量，心拍数ともに最高値が得られることを示唆している．本研究の結果は，前述した報告の酸素摂取量，心拍数の最高値の推定．
，最低値は 93 bpm（そ（110－130 bpm）とおおよそ一致し，115 bpm（58.8%VO 2 max，79.6%HRmax）．
．
れぞれ 40.0% VO 2 max，64.3% HRmax）に出現した．山地と横山（1987）は持久能力の指標である VO 2．
max を高めるための運動負荷の下限値を 40－50%VO 2 max と報告している．さらに，健康成人の換気
閾値には多くの報告がみられ（Anderson and Mahon，2007；Cheatham et al.，2000；Mahon et al.，1997）．
これらの結果は 59.0－67.3% VO 2 max であった．本研究におけるその場跳躍運動の結果は 93bpm を除．
いた全ての跳躍テンポにおいて運動負荷の下限値とされる 40% VO 2 max を上回り，かつ，跳躍運動中の運動強度が先行研究で示された，換気閾値に対応する運動強度よりも低い結果となった．また，%HRmax は持久運動における生理学的運動強度の指標とされており，この値が最高値を示した 115
bpm は全てのテンポの中で最も運動強度が大きいことが明らかとなった．そのため，持続可能なその場．
跳躍運動は運動時間との組み合わせにより，VO 2 max 向上を目的としたトレーニングとして利用できる可能性が示唆され，115 bpm 前後の跳躍テンポが最も生理学的運動強度が高くなることが明らかとなった．
各跳躍テンポにおける足関節，膝関節，股関節の関節角度の変化（Fig. 2）をみると，70，93 bpm では接地後，各関節において屈曲と伸展を 2 度繰り返す傾向がみられ，接地後，下肢 3 関節を一度伸展した後に筋伸張，筋収縮を行うことで CMJ と同様の反動動作を利用して跳躍していると考えられる．
Bosco and Komi(1979)は筋伸張から筋短縮への時間が長くなれば，筋伸張により得られたエネルギーは熱として消失することを報告している．また，Cavagna（1977）は筋伸張から筋短縮までの時間が長い場合，短縮性収縮局面に筋活動の増強は起こらないと報告している．さらに，Edman et al.（1978）は筋伸張による増強効果は，筋の伸張速度の増加に依存することを報告している．本研究における 70，93
bpm の下肢 3 関節は規格化時間の約 50%から筋伸張を始めており，それぞれの接地時間は 0.766，0.577
秒であるため，筋伸張開始から跳躍まではおおよそ 0.383，0.289 秒であり， 115 bpm の接地時間（0.420秒）と比較しても短くなった．今後，同テンポで下肢 3 関節が伸展と屈曲を 2 度繰り返す跳躍と伸展と屈曲が 1 度の跳躍における酸素摂取量，心拍数の比較を行う必要があるが，70，93 bpm では接地後に

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下肢 3 関節を一度伸展し，CMJ と同様の反動動作を行うことが，筋伸張から筋収縮までの時間の短縮，筋の伸張速度の増加に繋がり，酸素摂取量，心拍数の低下が出現した可能性が示唆された．
一方，115，138，160，183 bpm では接地後，各関節において屈曲後の伸展がみられた．山口ほか（2000，
2002）はなわとび運動において 100 bpm より速い跳躍テンポに本研究の鉛直地面反力と同様の単相性波形がみられ，跳躍テンポが速くなるとともに下腿の筋，腱-弾性系関与の割合が増加することを示唆している．さらに，山口ほか（2005）はなわとび運動中の下腿の筋，腱-弾性系関与の割合が外力発揮に寄与する時間的要素と量的要素は 1skip あたりの酸素摂取量減少に寄与している可能性を示唆している．
そのため，115－183 bpm における跳躍テンポの増加に伴う酸素摂取量，心拍数の低下は足関節底屈筋
群の筋，腱-弾性系関与の割合の増加による影響である可能性が示唆された．
よって，本研究のその場跳躍運動において，115 bpm で酸素摂取量，心拍数が最高値を示した要因は70，93 bpm と 115，138，160，183 bpm の跳躍動作の違いに起因する可能性が示唆された．
本研究では，その場跳躍運動中の酸素摂取量，心拍数とキネマティクスデータ，地面反力の関連を示すことで，ある一定の跳躍テンポで酸素摂取量，心拍数が最高値を示す原因が跳躍動作の違いに起因するかを検討した．そのため，跳躍動作の違いがなぜ酸素摂取量，心拍数に影響するかを解明には至らず，
これらを解決するためには本研究で取得したデータに加え，キネティクスデータの取得や筋電位のデータを取得し，多面的に検討することで有益な結果が得られると考える．

５．結 論
本研究では，その場跳躍運動において，ある一定の跳躍テンポで酸素摂取量，心拍数が最高値を示す
原因が，跳躍動作の変化に起因するかを明確にすることを目的として，酸素摂取量と心拍数の測定に加え，キネマティクス的分析、及び地面反力の測定を行い，取得したデータの関連を検討した．
．
，最低値はその結果，最大酸素摂取量，心拍数の最高値は 115 bpm（58.8%VO 2 max，79.6%HRmax）．
93 bpm（それぞれ 40.0% VO 2 max，64.3% HRmax）に出現した．また，70，93 bpm においては接地
後，各関節において屈曲と伸展を 2 度繰り返す傾向がみられ，115，138，160，183 bpm においては，接地後に屈曲，伸展する傾向がみられた．
以上の結果から，本研究のその場跳躍運動において，115 bpm で酸素摂取量，心拍数が最高値を示した要因は 70，93 bpm と 115，138，160，183 bpm の跳躍動作の違いに起因する可能性が示唆された．

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その場跳躍における跳躍テンポの変化が酸素摂取量，心拍数，跳躍動作に与える影響

参考文献
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東北体育・スポーツ科学研究

Vol. 1, pp.1-11, 2021

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（2021 年 1 月 15 日受付 / 2021 年 4 月 9 日受理）

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