スポーツ科学研究, 8, 166-175, 2011 年

投球動作における肩甲骨周囲筋群の筋活動特性
Electromyography Analysis of Scapular Muscles in Baseball Pitching橘内基純 1)，金子文成 2)，福林徹 3)1)

早稲田大学大学院スポーツ科学研究科, 2) 札幌医科大学保健医療学部,3)

早稲田大学スポーツ科学学術院

キーワード： 菱形筋，肩甲骨周囲筋，投球動作，ワイヤ筋電図
Key words: Rhomboid muscle, Scapular muscles, Pitching, Fine Wire Electromyography,

要 約
本研究の目的は，投球動作中の肩甲骨周囲筋群の筋活動特性を検討することとした．対象は，肩関節に既往のない健常男子大学生 9 名とした．適切なウォーミングアップの後，被験者はオーバーヘッドスローにて 10 球全力投球を行った．ピッチング相については，ハイスピードデジタルカメラを用いて分析し，5 相を分析対象とした．対象筋は，ワイヤ筋電図にて，大菱形筋，小菱形筋 ，棘上筋，棘下筋，表面電極にて，僧帽筋上部／中部／下部，前鋸筋を計測した． 小菱形筋および大菱形筋はいずれも deceleration phaseにて early cocking や late cocking phase よりも有意に高い筋活動であった（P<0.05）．また，前鋸筋は latecocking phase が early cocking や deceleration phase よりも有意に高い筋活動であった（P<0.05）．これらの結果から，大・小菱形筋，前鋸筋などの肩甲胸郭関節が投球動作中の肩関節や肩甲骨の安定性保持に貢献していることが示唆された．
スポーツ科学研究, 8, 166-175, 2011 年, 受付日：2010 年 9 月 30 日, 受理日：2011 年 5 月 31 日
連絡先： 橘内基純 〒359—1192 埼玉県所沢市三ヶ島 2-579-15 早稲田大学スポーツ科学研究科
TEL/Fax： 04-2947-6879 Mail: moto06@akane.waseda.jp

I. 緒言(2003)も投球動作において過剰な関節運動をコン

投球動作における肩甲骨および肩甲骨周囲筋トロールするために，肩甲骨の位置とそれら周囲筋群には，肩関節の位置と円滑な動きを補助すると群の筋活動が重要であるとしている．一方，肩甲骨いう重要な役割を担っている．過去には，多くの研位置および運動の破綻は，投球障害肩への関与究者が投球動作に関する研究成果を報告しているも大きく(Fleisig, et al. 1996,Paletta, et al. 1997)，

が，いずれにおいても肩甲骨周囲筋群，特に肩甲障害予防の観点からも肩甲胸郭関節の運動は円

胸 郭 関 節 の 重 要 性 が 述 べら れてい る． Kibler ら

滑に行われる必要があるといえる．

(1998)は投球動作中の肩甲骨運動の役割として，しかし，これまでにその筋活動や筋機能特性に①肩甲上腕関節の安定，②胸郭上での内転・外転ついて述べているものは少ない．多くは，Rotator

運動，③インピンジメント症候群を防ぐための肩峰

cuff の 活 動 や 障 害 に つ いて 述 べて いる (Altchekの挙上，の 3 点を上げている．また，Burkhart らand

166

Dines

1995,Blevins

1997,Glousmanスポーツ科学研究, 8, 166-175, 2011 年
1993,Laudner, et al. 2006)．肩甲骨周囲筋群に関た．被検者はすべて右利きであり，野球経験は平しては，僧帽筋や前鋸筋，広背筋などの表層から

均 8.5 ± 2.1 年であった．被験者のポジションは，

測 定 可 能 な も の に 留 ま っ て お り (Escamilla and

投手 3 名，野手 6 名であった．被験者には，事前にAndrews 2009,Glousman, et al. 1988,Gowan, et al.

早稲田大学学術研究倫理委員会により承認され

1987,Jobe, et al. 1983)，深層筋である菱形筋につた説明書により文書及び口頭にて実験に関する十いては，ほとんど行われていない．過去には，Jobe分な説明を行い，同意後署名を得た．

et al が 1983 年に外転運動における菱形筋の筋活
2. 運動課題動を，DiGiovine et al.が 1992 年に投球動作中の菱形筋筋活動を計測しているが，いずれもワイヤ電

被験者は十分なウォーミングアップの後，5ｍ前極を使用した際のモーションアーチファクトが大きく，方のネットに向かって全力投球を行った．投球方ノイズ混入が大きいため，正確性に欠ける．また，法は，全例オーバーヘッドスローとした．ボールは両者とも，大・小菱形筋に分化して計測してはいな

硬式球を使用し，球種はストレート，10 球を全力投い．菱形筋を含めた肩甲骨周囲筋群は，肩甲骨回球した．

旋運動による関与が高いとされ，肩峰下インピンジ

投球動作時ハイスピードデジタルカメラ１台

メント症候群に代表されるような肩関節障害との関(210fps，Hi-Speed EXLIM, CASIO, Tokyo, JAPAN）

連性も高いとの報告があるが，測定上の限界からを用いて全身の動作を撮影することができる 3 塁方

投球動作中の筋活動についてはこれまで報告は向より撮影を行い，投球相の分類を行った．相分

検索する限り見あたらず，明らかとなっていない．ワ

類 に つ い て は ， Jobe et al(1983) や Fleisig et

イヤ電極では，表面電極では測定できない深層筋al(1995).，金子ら(2005)の方法をもとに，6 相（windの筋活動を計測することが可能であり，表層筋とのup, early cocking, late cocking, acceleration,活動様相との違いを比較検討する上でも，方法のdeceleration, follow through ） に 分 類 し ， early

持つ有用性や新規性は高い．

cocking から follow through までの 5 相を分析対象とした（図 1）．

そこで，本研究においては，菱形筋を中心とした肩甲骨周囲筋群の投球動作中の筋活動の特性を動作は疲労の影響を除去するため，試技毎に十ワイヤ電極を用いて明らかとすることを目的とする．

分な休息時間を設けた．また，筋電図と動画を同本研究により，投球動作中の肩甲骨周囲筋群の筋期させるために，光および電気信号発生装置を用活動特性と肩甲骨周囲筋群内それぞれと活動のいた．この装置は，検者がスイッチを押すと LED が関連性について知見を得ることが出来ると考える．

点灯し，その光信号と同期して 5V 振幅の矩形波を発生させるものであった．光信号は，ビデオカメラのII. 方法画角に収まるように設置し，矩形波の電気信号は，

1. 対象

筋電図と共に Analogue to Digital 変換ボード（NI肩関節に既往のない健常な男子大学生 9 名(年SCXI 1000，National Instruments，Japan）を経由し

齢＝20.5±1.2 歳，身長＝170.0±7.5cm，体重＝て パ ー ソ ナ ル コ ン ピ ュ ー タ （ Windows XP ， HP ，

68.3±4.4kg：平均±標準偏差)の右肩を対象としJAPAN）に取り込んだ（図 2）．

167

スポーツ科学研究, 8, 166-175, 2011 年

図 1. 5 相に分割された Pitching phase: (A)分割イメージ、(B)撮像画像により判別した pitching phase(Modified of Fleisig el al.(Fleisig, et al. 1996))

図 2. EMG 及び映像計測の設定

3. 筋電図計測及び処理

ワイヤ電極の刺入については，金子 (2009)の方本研究で対象とした筋は，ワイヤ電極にて大・小法を元に，双極誘導によりそれぞれの筋活動を導菱形筋（rhomboid major/minor: RMJ/RMN），棘上出した．刺入後にファインワイヤ電極を留置した後筋筋に，針のみを抜去した．そして，ワイヤ電極の刺入(infrasupinatus:ISP)，表 面 電 極 にて僧 帽 筋 上 部 ・の後に超音波エコー像(Volson I，G.E.，Japan)によ中 部 ・ 下 部 (upper/middle/lower

trapezius:

り刺入の位置と刺入された針先の位置を確認した．

UT/MT/LT) ， 前 鋸 筋 (serratus anterior:SA) の 計

刺入位置の決定については，一般的に述べられて8ch とした．

いる解剖学的位置を参考に，標的筋の起始，停止(suprasupinatus:SSP)

，

棘下168

スポーツ科学研究, 8, 166-175, 2011 年と肩甲骨の位置を体表から確認した後に，超音波Electronics lab. Sapporo, Japan）を用い，僧帽筋上エコー像にて筋腹を特定した．刺入に際しても，超部／中部／下部，前鋸筋より双極誘導にて筋活動音波画像を確認しながら行うことで，針の先端部分を導出した．の位置を確認することができる．刺入後は，電気刺電極の装着後，徒手筋力検査法(MMT：Manual

激装置(EMG Electronic Stimulator SEM-42D1，日Muscle Test)を行い，各筋から適切な筋活動が記本光電，Japan)を使用して，電極に電気刺激を加録されるかどうかを確認した．本研究における菱形える事により大・小菱形筋それぞれが単独で収縮筋の MMT は，肩関節内旋・肘関節 90[°]屈曲位することを確認した．これによりワイヤ電極の刺入位で前腕が肩甲骨後面に位置する肢位にて，肩甲置が適切であるかどうかを判断した．また，大・小菱骨内転運動を行う方法により計測した(図 3)．

形筋の表層には僧帽筋中部線維が横方向に走行

筋電図記録 ・処理に関しては，金子ら(2003)のしているとされるが，刺入後の超音波画像および電方法に基づいて行った．サンプリング周波数は気刺激により，深層部の大・小菱形筋のみが単独1000Hz とし，フィルタ処理及び整流平滑化(ARV：収縮していることを確認していることから，本実験にAverage Rectified Value)はオフラインで行った(Labおいて大・小菱形筋は僧帽筋のモーションアーチView 2009，National Instruments Corp，USA)．フィ

ファクトを受けていないものとする．

ルタは低域通過フィルタを使用し，低域遮断周波

また，ファインワイヤ電極には，金子ら(2009)の方数を 10Hz，次数を 4 とした．フィルタ処理後，5Hz法をもとに，スプリングクランプを用いて能動型に固の低域通過フィルタ(2 次の低域通過フィルタ)により定した．2 本のスプリングクランプの間には絶縁体を平滑化し ARV を算出した．結果はそれぞれの筋に用いて，それぞれの干渉を受けないようにしている．

おいて，5 秒間の最大随意収縮(MVC：Maximum

本方法により，視覚的にモーションアーチファクトがVoluntary Contraction) 時に記録した筋電図につ激減することを確認した(図 4)．

いて，中間の 1 秒間の ARV を 100％とし，正規化し表面電極貼付時にはアルコールによる除菌，皮た．規格化された EMG データ(n ARV：Normalized膚研磨材 skin pure を用いた皮膚抵抗の除去を行ARV)を個人内で試技毎に平均し，計測値とした．

っ た ． そ し て ， 能 動 型 表 面 電 極 （ Harada

図 3. 大・小菱形筋の MMT 測定方法

169

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図 4. 小型アンプシステム概要

4. 統計学的手法

through phase (25.62±16.6, 42.98±26.6)に対し

n ARV の記載は，すべて平均±標準偏差(meanて有意に筋活動が大きかった（p<0.05）．大菱形筋±SD：Standard Deviation)とした．

は ， 小 菱 形 筋 同 様

また本実験によって得られた nARV に関し，各筋に(94.37±64.5)の活 動 が最 も大 きく，early cocking

おける相の種類を要因とした，一元配置分散分析

phase,を行い，多重比較検定として Turkey 法を行った．

21.41±22.7)に対して有意に高い筋活動を示した．

また，有意水準は 5%未満とした．

両筋間では，early cocking phase を除きその他の

latecocking

deceleration
phasephase(58.88±35.4,phase すべてで大菱形筋の筋活動が小菱形筋にIII. 結果対して大きかった（p<0.05）．

あるストレート投球時のフィルタ処理後の EMG 生

僧 帽 筋 で は ， 中 部 で deceleration phase

データと平滑化した波形の 1 例を図 5 に示す．目(92.64±59.7) の 筋 活 動 量 が視観察ではモーションアーチファクトの影響は見ら(22.91±19.2)に対して有意に大きく，下部においれなかった．て も deceleration phase (48.27±24.9) が earlylatecocking

cocking (17.14±10.4)に対して有意に大きな活動

大 ・ 小 菱 形 筋 の 筋 活 動 に つ い て は ， earlyを示した（p<0.05）．

cocking phase において，小菱形筋のほうが大菱形前鋸筋は，late cocking phase (63.24±43.1)での筋よりも早期に筋活動を開始する傾向が観察され

筋 活 動 が 最 も 大 き く ， early cocking phase,た．

deceleration

また，ストレート投球時の筋活動の変化を図 6 に示す．

phase,

follow

throughphase(16.64±6.7, 18.73±12.0, 28.91±15.4)に対して小菱形筋は，deceleration phase (114.00±80.9)

有意に高い筋活動を示した(p<0.05)．

で最も筋活動が大きく，late cocking phase と follow

170

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図 5. ある投球動作時の生波形(EMG)(A)と整流平滑化された EMG 波形 (ARV) (B)図 6.

投球動作中の各相における肩甲骨周囲筋群の筋活動変化.

EC：early cocking, LC: late cocking, ACC: acceleration, DCC:deceleration, FT:follow through.
RMN:小菱形筋，RMJ:大菱形筋，SSP:棘上筋，ISP:棘下筋，UT：僧帽筋上部, MT:僧帽筋中部, LT:僧帽筋下部，SA：前鋸筋

171

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表 1 投球動作中の肩甲骨周囲筋群の筋活動変化

IV. 考察においても従来の方法よりも正確でモーションアー

本研究では，全力投球時の肩甲骨周囲筋群のチファクトの影響が少ないデータの採取に成功し筋活動について計測した．深層筋である大・小菱た．

形筋を含めた肩甲骨周囲筋群の筋活動を投球相

本研究では，小菱形筋，大菱形筋，僧帽筋ではに分類して比較検討することは，Rotator cuff を含

deceleration phase の筋活動が最も高いという結果めた肩関節周囲筋群との関連や投球動作のキネを得た．投球動作における deceleration phase の役

ティックス・キネマティクスへの影響を考察する上で割は，ボールに伝達されないような投球側の余剰は，重要な役割を持つと考えられる．

な運動エネルギーを分散させ，障害のリスクを最小本研究で用いたファインワイヤ電極については，限にさせるということがあげられる(Dillman, et al.

肩甲骨および肩関節運動に影響を与えるとされる

1993,Pappas, et al. 1985)．この時の肩関節運動は，大・小菱形筋や棘上筋，棘下筋の筋電図を計測すボールリリースから肩関節最大内旋位までであり，るために用いた．しかし，Soderberg ら(1984)が述べ

約 50ms と 非 常 に 短 い 運 動 で あ る が ， 約ているように従来のワイヤ電極などの筋電図記録

7000deg/sec(Dillman, et al. 1993)という極めて大き方法では，モーションアーチファクトの混入が多いな角速度が肩関節にかかると言われている．また，とされていた．実際，これまでも投球動作などの急

肩 関 節 腱 板 障 害 や SLAP lesion(Snyder, et al.

速運動などでワイヤ電極が使用されてきてはいるが，1990), 肩関節後方関節包不安定症などの多くの亀山ら(1998)のようにモーションアーチファクトの影

投球障害は，deceleration phase に後方関節包が響により，フォロースルー期の分析を断念している

急激に伸張されることなどにより発生するといわれものもある．本研究においては，金子ら(2003)の方ており，障害予防の観点からも deceleration phase法を参考に，新たに改良された小型アンプシステムの運動を正確にとらえることは重要であると考えらを使用することにより，投球動作のような急速運動れる．正常な投球時の肩甲骨の動きとしては，内172

スポーツ科学研究, 8, 166-175, 2011 年
転・下方回旋・後傾から急激に外転・上方回旋・前うことであり，ボールスピードなどのボールパフォー

傾 へとシフトすると述 べられており(Meyer, et al.

マンスを大きく左右する時期である(Fleisig, et al.

2008)，これは上腕骨頭と関節窩の間隔を最大限1996)．この相は，フットコンタクトから投球側肩関節広げて円滑な回旋運動を促し投球を行うために自最大外旋位までであるが，全身の動きとしてはフッ動的に行われている．このときの肩甲骨制御に関トコンタクト後 0.03–0.05 sec で骨盤の角速度が約す る 周 囲 筋 の 筋 活 動 に つ い て は ， DiGiovine ら

600deg/sec，0.05-0.07sec で上 位 腰 椎の回 旋 角(1992)や Gowan ら(1987)は小円筋や広背筋など肩速度が 1200deg/sec 近くまで達する(Escamilla RF

関節後方筋群の働きが肩関節前方移動を抑制す1998)．このときの肩甲骨周囲筋群の役割として，るために遠心性収縮により筋活動が高くなると報告

Escamilla ら(2009)は肩甲骨を安定させ，さらには肩している．本研究で対象とした大・小菱形筋，僧帽関節の回旋と水平内転を行う時の肩甲骨を適切な筋といった筋群は，肩甲骨内転や下方回旋などの位置でコントロールすることであると述べている．前運動が主たる機能として考えられているが，鋸筋の一般的に述べられている機能としては，肩deceleration phase では外転・上方回旋方向への甲骨の前方突出および上方回旋があげられるが，過剰な移動を抑制するために，筋活動量が増加しlate cocking phase では肩甲骨は内転方向に移動たと考えられる．特に，大・小菱形筋は，肩甲骨内していることから，前鋸筋は遠心性収縮をおこして側縁に停止部を持つため，肩甲骨の運動制御へいるものと考えられる．この時期は肩関節最大外旋の貢献度が大きく，投球動作のような急速運動に位までの運動であるが，前鋸筋が肩甲骨下方回旋対して大きな力を発揮したのではないかと考える．

を抑制することで，上腕骨頭と肩峰下間の距離をまた，大・小菱形筋間では，early cocking phase

保ち，インピンジメントを防止しているものと考えらにて筋活動開始時期が異なるという傾向を目視観れる．また，late cocking phase における肩関節およ察で得た．この傾向は，各被験者において共通しび肩甲帯の運動は，その後の acceleration phaseてみられていた．これまでの報告では，大・小菱形や follow through phase の運動を左右しており，ボ筋を分化してとらえたものは見あたらず，両筋の活ールスピードやコントロールなどパフォーマンスへの動は同一筋としてとらえられていた．先の我々の研関与も大きいと考えられる．前鋸筋を始め，前述し究においても(橘内ら，2010)，小菱形筋と大菱形筋

た大・小菱形筋や僧帽筋など肩甲骨周囲筋群によの筋活動は異なっており，小菱形筋は活動開始時る肩甲骨の安定は，その後の acceleration や follow

期および筋活動量が大菱形筋よりも早く大きいとい

through phase への動作の移行やボールスピード，

う結果を得ている．これらの結果の要因としては，球種の変化を左右していると推察される．本研究で小菱形筋の起始・停止部が肩甲骨内側縁上角には，健常男子大学生を対象としたが、今後社会人付着し，肩甲骨回旋や挙上等の影響を受けやすやプロ野球選手等レベルの違いによって検討するいことが関与していると考えられる．しかし，本研究ことにより，パフォーマンスと late cocking phase やにおいては詳細な検討をしていないため，今後のacceleration phase における肩甲骨周囲筋群の活検討材料としたい．

動様相の違いを知ることが可能となり，本研究によって得られた知見が有意義なものになると考えられ前鋸筋は，late cocking phase で最も筋活動量が大きくなるという結果を得た．Late cocking phase のる．

役割としては，大きな下肢や体幹の回旋から生ま

本研究における限界としては，肩甲骨動態が計れたエネルギーを上肢のセグメントに伝達するとい測困難である点があげられる．周囲を筋により覆わ173スポーツ科学研究, 8, 166-175, 2011 年
れている肩甲骨は，体表からその 3 次元的動作を

 Burkhart SS, Morgan CD, Kibler WB.(2003) The計測することは難しい．近年では，磁気センサーな

disabled throwing shoulder: spectrum ofどによる 3 次元計測法が考案されているが，皮膚動

pathology Part III: The SICK scapula, scapular

揺による測定誤差が発生することや上腕骨長軸方

dyskinesis, the kinetic chain, and rehabilitation.

向の測定が困難であるといった問題がある．同じく

Arthroscopy;19(6):641-661

fuluoroscopy による 3 次元構築された動作計測も

 DiGiovine NM, Jobe FW, Pink M, Perry J.(1992)

行われているが，投球動作のような高速運動になる

An electromyographic analysis of the upperと環境的要因により計測ができないという問題があextremity in pitching. Journal of Shoulder andる．

Elbow Surgery;1(1):15-25

肩甲骨，特に肩甲胸郭関節については筋により

 Dillman CJ, Fleisig GS, Andrews JR.(1993)

その安定性が保持されているものである．以上を考Biomechanics of pitching with emphasis upon

慮すると，今回の菱形筋を含めた肩甲胸郭関節のshoulder kinematics. J Orthop Sports Phys

動態を計測することは，極めて新規性が高く，パフTher;18(2):402-408

ォーマンスや障害との関連を検討する上では重要 Escamilla RF, Andrews JR.(2009) Shoulderな研究であると考えられる．今後は，肩甲骨動態とMuscle Recruitment Patterns and Related

周囲筋群との関係性を明らかにすることで，より詳

Biomechanics during Upper Extremity Sports.

細な投球動作における肩甲帯運動機能を解明す

Sports Med;39(7):569-590

ることができると考えられる．

 Escamilla RF GF, SW. Barrentine, N Zheng, JR.
Andrews.(1998) Kinematic Comparisons ofV. 結論

Throwing Different Types of Baseball Pitches.

本研究では，菱形筋を中心とした肩甲骨周囲筋

Journal of applied biomechanics;14(1):群の投球動作中の筋活動の特性をワイヤ電極を

 Fleisig GS, Andrews JR, Dillman CJ, Escamilla

用いて明らかとすることを目的とし，検討を行った．

RF.(1995) Kinetics of baseball pitching with

その結果，大・小菱形筋は，deceleration phase で，implications about injury mechanisms. Am J

また前鋸筋は late cocking phase で筋活動が他のSports Med;23(2):233-239

phase と比較し有意に高い筋活動を示していた．こ Fleisig GS, Barrentine SW, Escamilla RF,

れらの結果から，大・小菱形筋および前鋸筋によりAndrews JR.(1996) Biomechanics of overhand

構成されている肩甲胸郭関節は，投球動作におけ

throwing with implications for injuries. Sports

る肩甲骨動作の安定性に貢献していることが示唆

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された．

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