陸上競技学会誌

第 11 巻第 1 号 2013

［研究］長距離走者における急勾配条件下の上り坂走のバイオメカニクス的研究神谷泰光 1），桜井伸二 2）
Biomechanical analysis of steep uphill running for distance runners

Hiromitsu KAMIYA 1), Shinji SAKURAI 2)

Abstract

The purpose of this study was to investigate the biomechanical characteristics of strong uphill runners to provide a basis ofproper coaching of uphill running. Fourteen male distance runners performed a 5km time trial on an uphill road (average gradient: 6.6%). “An uphill running index” was obtained as a value expressed by dividing the uphill 5km time trial speed by the 5000m
competition speed. The subjects ran on a treadmill under twoconditions (333m/min, level and 250m/min, 6.5% uphill), andtheir running motions were recorded using a 10-camera VICON
Motion Capture system operating at 250Hz.
The range of vertical motion of CG and the maximal shoulder
extension angle during the foot swing phase showed a significant
positive correlation with the uphill running index. The ankle angle at the moment of foot contact showed a significant negative
correlation with the uphill running index.
From these results, it is suggested that the most effective uphill running runner’s running motion should feature a considerable CG motions, swinging the arms backward widely. Propercoaching of uphill running will emphasize swinging the arms
backwards and maintaining a small angle of the ankle at the moment of foot contact.

り坂，また平地を走らせ，平地走と上り坂走，平地走と下り坂走の比較をしている．その結果，上り坂走はストライドが減少し，体幹が前傾すると報告している．
Swanson et al.（2000）は，トレッドミル上で，斜度30％で 4.5m/s の上り坂走と，同速度の平地走および上り坂走とピッチが同じになる速度での平地走との比較をした．その結果，上り坂走は，ストライドが減少し，ピッチが遅くなる，接地時の股関節，膝関節，足関節の関節角度が大きくなる，ヒラメ筋，大腿直筋，外側広筋，大殿筋の筋活動が大きくなると報告している．
横 澤（2005） は，3.3m/s，4.2m/s，5.0m/s の 速 度 で，斜度 8.7％，5.9％，2.6％，0％，− 2.6％，− 5.9％，− 8.7％の傾斜地および平地を走らせ，平地走と傾斜地走の比較をした．
その結果，
上り坂走は，ストライドが小さく，ピッチが速くなる，接地時間が長く，滞空時間が短くなる，身体重心の上昇が大きくなる，もも上げ角度が大きくな

キーワード：上り坂走率，上り坂走，平地走る，体幹が前傾する，と報告している．また，大きな走速度の上り坂走では，滞空期において，腸腰筋の筋活動

1. 緒 言が重要な役割を果たすと報告している．
安ら（2007）は，2.8m/s で平地，右下がり，左下がり，1.1 陸上競技における上り坂走

上り，下り（傾斜地の斜度は全て 14％）のトレッドミ

駅伝やマラソンを始めとする陸上競技のロードレース

ル上を走らせた．その結果，上り坂走は大殿筋，大腿二では，陸上競技場内を走るトラック種目とは異なり，上頭筋，大腿直筋，外側広筋，前脛骨筋，腓腹筋，ヒラメり坂を走ることがある．

筋の筋活動が大きくなると報告している．

上り坂で活躍する選手，活躍できない選手がいること

しかし，これらの研究は上り坂走の特性を明らかにしから，上り坂を得意とする選手，不得意とする選手がおたものであり，上り坂を速く走るということに焦点を当り，体格や体力や走動作に上り坂走の競技成績を決定づてた研究はあまりされてきていない．

ける特性があると考えられる．これらの特性を明らかに

指導書，実践書で見られる上り坂走法は，平地走と比することは，上り坂走の記録向上に役立つと考えられる．

較して，「ストライドを小さくする」，「ピッチを速くす

Paradisis et al.（2001）は，全力で斜度 3°の上り坂と下る」，「体幹を前傾する」，「腕を大きく振る」，「膝を上げ1） 中京大学大学院体育学研究科 Graduate School of Health and Sport Sciences, Chukyo University〒 470-0393 愛知県豊田市貝津町床立 1012） 中京大学スポーツ科学部 School of Health and Sport Sciences, Chukyo University〒 470-0393 愛知県豊田市貝津町床立 101

1

有吉 1981，シティる」という記述が多かった（浅井 1997，± 3.6kg）であった．被験者の競技会での 5000m のベス

ランナー特別編集 2001，ドライヤーら 2008，グリーン

ト記録は 14 分 59 秒 ± 24 秒（範囲 : 14 分 16 秒〜 15 分ら 1999，ジョーダンら 1970，小出 2002，美山 1960，大57 秒）であった．表 1 に被験者の身体特性と競技特性

島 1971，ショーター 2005，スタジオタッククリエイティを示した．

ブ編集部 2008，豊岡 2001，内山 2008，宇佐美 1979，山

実験に先立ち，中京大学大学院体育学研究科倫理委員

地ら 1983，山際 2002）．しかし，中には「前傾姿勢をと会規定の「人を対象とする実験・調査に関する倫理指針」

らない」，「腕をコンパクトに振る」，「膝を上げすぎない」に基づき，被験者には本実験の研究目的，方法，安全性という反対の指導をしている文献もあり（シティランなどに関して十分に説明し，実験参加の同意を得た．

ナー特別編集 2001，仲村・鯉川 2009，スタジオタック
クリエイティブ編集部 2008，内山 2008），一致した見解

2.2 上り坂走能力は得られていない．また，これらの多くは必ずしも学術

上り坂走能力を測るために，箱根駅伝の平均斜度（約的な裏付けを伴っているものではなく，記述されている6.2％）を参考に，上り坂が続くロード（平均斜度約 6.6％）ことが速く走るためにすべき動作なのか，上り坂を走るで 5km のタイムトライアルを実施した．この時，被験際に平地走の動作から自然と変化する動作なのかは明ら者の感覚およびコーチの評価から，全力で走れたと思わかでない．

れない被験者のデータは採用しなかった．この時の平均

本研究の第 1 の目的は，長距離選手の走動作と上り坂走速度（上り坂 5km 走速度）をトラック 5000m ベスト走能力との関係を分析することにより，上り坂走を得意記録の平均走速度で除すことによって「上り坂走率」をとする選手の走動作の特性を明らかにすることである．

算出した．

また，上り坂走の得意な選手の走動作の特性を明らかにすることで，不得意な選手のパフォーマンス向上につな上り坂走率（％）=

上り坂 5km走速度
5000mベスト記録走速度× 100

げる知見を得ることである．
本研究の第 2 の目的は，一般に上り坂走の動作に関する指導としてなされていることが，上り坂走を得意とす

本研究では，この上り坂走率を上り坂走の得意不得意の指標とした．

る選手に見られる特徴なのか，全ての選手に共通して見られる特徴なのかを明らかにすることである．

2. 方 法2.3 走動作（1）実験試技
本研究は，トレッドミル（BM − 1200，エスアンド2.1 被験者エムイー）を用いて平地環境と上り坂環境を再現した．

被験者は大学陸上競技部に所属する男子長距離選手

斜度と走速度は，斜度 0％（平地）で 333m/min（20km/h），

14 名（年齢 :20.4 ± 1.3 歳，
身長 :170.9 ± 4.8cm，
体重 :57.9

斜度 6.5％で 250m/min（15km/h）とした．斜度は使用

表 1.

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2

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被験者の身体特性・競技特性
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したトレッドミルが 0.5％毎に斜度を設定できることか

止立位時のマーカーの高さに 5mm プラスした高さら，タイムトライアルを実施した上り坂の斜度（平均斜を基準とし，踵もしくはつま先がこの基準となる高度約 6.6％）に最も近い 6.5％とした．走速度は，競技会さを下回った時を接地，踵とつま先がこの基準となとタイムトライアルの走速度，普段のトレーニングで重る高さを超えた時を離地とした．

視しているペース感覚をもとに決めた．平地と上り坂の上り坂では，トレッドミルのベルトに貼付した試技の順番はランダムとした．被験者に各自のシューズマーカーからベルト平面を算出した．そして，そのを着用させトレッドミル上を走らせた．被験者には十分ベルトと踵，つま先のマーカーとの距離が，静止立なウォーミングアップを行わせた．また，試技の間には位時のマーカーの高さに 5mm プラスした距離を下十分な休憩を与え，疲労の影響が出ないように考慮した．

回った時を接地，踵とつま先のマーカーの両方がこ

トレッドミル上での走行は，設定速度に走行を適応させなければならない．しかし，その適応は練習をすることで簡単に行われる（星川ら

1971）．そこで，トレッドミル走に適応させるため，測定日と異なる日にトレッドミル走の練習日を 2 日間設けた．の基準となる距離を超えた時を離地とした．
（b）キネマティクス的項目①身体重心の鉛直変位
阿江（1996）の身体部分慣性係数を用いて，図 1に示したように，接地の瞬間および離地の瞬間の身被験者には身体の 37 箇所の身体特徴点に反射マー

体重心高および走動作 1 サイクル内での身体重心最カーを貼付した．その貼付位置は，頭頂，両耳珠点，第下点（接地中）および身体重心最高点（離地中）を7 頚椎，胸骨上縁，両肩峰，両上後腸骨棘，両肋骨下端，算出した．身体重心の鉛直変位は，斜面に垂直な成両上前腸骨棘，両大転子，両肘関節内側果，両肘関節外分ではなく，重力方向の変位の絶対値とした．身体側果，両手関節内側果，両手関節外側果，両第三中指節

重心の接地から最下点までの鉛直変位を H1，最下関節，両膝関節内側果，両膝関節外側果，両足内果，両点から離地までの鉛直変位を H2，最下点から最上足外果，両踵骨隆起，両つま先とした．

点までの鉛直変位を Hw とした．

（2）カメラ撮影②動作項目

10 台の光学式カメラを接続した 3 次元モーションキャ

榎本（2004）を参考に図 2 のように以下の関節角プチャシステム（VICON Nexus,Oxford Metrics）によっ度および部分角度を定義した．て，被験者に貼付したマーカーの 3 次元座標を取得した．

・接地時の股関節，膝関節，足関節の関節角度

実走行時間約 1 分間のうち，走行動作が安定したと思わ・接地期における膝関節，足関節の最小角度

れる後半の 10 秒間について撮影した．実走行時間が約・離地時の股関節，膝関節，足関節の関節角度

１分間のため，競技会とタイムトライアルの走速度が遅・引き付け角度：滞空期における膝関節の最小角度

かった被験者でも十分適応することができた．サンプリ

・もも上げ角度：滞空期における大腿と鉛直線のな

ング周波数は 250Hz とした．

す最大角度

欠損がみられた座標データは，3 次元モーションキャ
プチャシステム内の 3 次のスプライン関数を用いて補間した．得られた 3 次元座標値の各要素に対して残差分析を行い，最適遮断周波数（8-31Hz）を決定し，4 次の双方向バターワースタイプローパスデジタルフィルターを用いて時系列データを平滑化した（Winter 2009）．

・腕振り角度：肩関節の最大伸展角度
・体幹角度：1 サイクル内における体幹の平均前傾角度
・接地時から身体重心最下点における体幹の前傾角度変位
股関節，膝関節，足関節，肩関節，大腿は右脚・右肩（3）座標系の定義
トレッドミルのベルトの右端最前部を原点とし，被験者から見て右から左に水平に向かうベクトルを X 軸，進行方向と反対方向で水平に向かうベクトル（後方に向かうベクトル）を Y 軸，下から上に鉛直に向かうベク
トルを Z 軸として静止座標系を定義した．

（4）算出項目と算出方法（a）ピッチ・ストライド・接地時間・滞空時間①ピッチ：1 秒間の歩数．1 歩あたりに要した時間の逆数とした．
②ストライド：走速度をピッチで除したものとした．
③接地時間および滞空時間 : 接地，離地の判断は踵とつま先のマーカーの高さを基準として算出した．静図 1. 身体重心の鉛直変位の定義

33. 結果および考察
3.1 上り坂タイムトライアル
上り坂タイムトライアルの平均タイムは 20 分 49 秒±54 秒で，最も速かった被験者のタイムは 19 分 33 秒であった．最も遅かった被験者のタイムは 22 分 29 秒であり，そのタイム差は 2 分 56 秒であった．競技会での5000m の平均タイムは 15 分 02 秒± 24 秒で，最も速い自己記録を持つ被験者のタイムは 14 分 16 秒であった．
最も遅い自己記録を持つ被験者のタイムは 15 分 57 秒であり，そのタイム差は 1 分 41 秒であった．1 位と最下位のタイム差，全体の標準偏差ともに上り坂の方が大きい結果になった．
図 3 に上り坂走速度と平地走速度との関係を示した．
上り坂走速度と平地走速度との間には有意な相関が認められた（r=0.58，p<0.05）．また上り坂走率は 66.0％〜
図 2. 関節角度，部分角度の定義76.8％（72.3 ± 2.5％）となった．

3.2 上り坂走動作と平地走動作の比較を分析脚・分析肩とした．股関節角度，足関節角度はオ

実際のレースでは，平地走と比較して，上り坂走の方イラー角を用いて算出した．解剖学的な関節の動きに置が遅かった．そこで，本研究では異なる速度の平地走とき換えると，第 1 回転が屈曲 / 伸展，第 2 回転が内転 /上り坂走を比較した．

外転，第 3 回転が内旋 / 外旋に相当するとした．本研究では，このうち屈曲伸展角度を分析対象とした．肩関節

表 2 に上り坂走と平地走のピッチ，ストライド，接地時間，滞空時間を示した．

伸展角度は体幹長軸と上腕長軸のなす角度とした．体幹全ての項目で有意な差が認められた（p<0.001）．平

および分析脚の大腿の部分角度はそれぞれの部分が矢状地走と比較した際，全ての被験者において，上り坂走で面内で鉛直線となす角度とした．部分が鉛直線より後方は接地時間は長く，滞空時間は短かった．また，ピッチに位置している場合を負，前方にある場合を正とした．

は低く，ストライドは短かった．
身体重心の鉛直変位は，H1，H2，Hw に有意な差が2.4 上り坂走と平地走の差
平地走との比較により上り坂走の特性は明らかにされている．しかし，上り坂走と平地走の差が上り坂走を得意とする選手ほど大きいのか小さいのかということは明らかになっていない．そこで，上り坂走と平地走の差と上り坂走能力との関係を明らかにするために，2.3（4）で算出したデータの上り坂走の値から平地走の値を引いた値を算出した．

2.5 統計処理
統計処理には統計処理ソフト（SPSS 18.0 for windows）を用いた．
図 3.

上り坂走率と各分析項目との間のピアソンの積率相関

上り坂走と平地走の走速度の関係係数を算出した．また相関の有意性検定を行なった．有意水準は 5％，1％および 0.1％未満とした．
全ての被験者の上り坂走における算出したそれぞれの

表 2.

上り坂走と平地走におけるピッチ・ストライド・接地時間および滞空時間

データの平均値と平地走における平均値の比較は対応のある t 検定を用いて評価した．有意水準は 5％，1％および 0.1％未満とした．

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陸上競技学会誌

第 11 巻第 1 号 2013

表 3. 上り坂走と平地走における関節角度・角速度，部分角度

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యᖿࡢᖹᆒ๓ഴゅᗘ GHJ．全ての項目において，平地走認められた（p<0.001）
よりも上り坂走の際に大きな上下動を示した．
表 3 に上り坂走と平地走の関節角度，部分角度を示した．
関節角度，部分角度は，接地時の股関節，膝関節，足関節角度（p<0.01），接地期における足関節の最小角度（p<0.001），離地時の股関節角度（p<0.001），離地時の足関節角度（p<0.05），引き付け角度（p<0.001），腕振り角度（p<0.01），体幹の平均前傾角度（p<0.001）に有意な差がみられた．このうち，上り坂走における体幹の平均前傾角度は全ての被験者において平地走に対して

図 4.

上り坂走率と身体重心の鉛直変位 H1 の関係大きくなった．反対に，上り坂走において離地時の股関節角度，接地期における足関節の最小角度は全ての被験者において平地走に対して小さくなった． したがって，本研究では平地走と比較して，上り坂走では，自然とストライドが小さくなること，ピッチが遅くなること，体幹が前傾し，腕振りが大きくなることが明らかとなった．
また，もも上げ角度は上り坂走と平地走において有意な差がみられなかったことから，膝の上がり具合は上り坂走と平地走で差がないと考えられる．

3.3 上り坂走率と走動作の関係
上り坂走率と上り坂走のピッチ，ストライド，接地時間，滞空時間との間に有意な相関関係は認められなかった．

図 5.

上り坂走率と上り坂走における H2 鉛直変位と平地走における身体重心の鉛直変位の差の関係

図 4~7 に上り坂走率とキネマティクス的項目との関係を示した．
上り坂走率とキネマティクス的項目との関係のうち，p<0.05）との間に有意な相関がみられた．上り坂走率

上り坂走率と身体重心の鉛直変位 H1（0.669，p<0.01），と接地期における足関節最小角度（平均 59.3°± 2.4）と上り坂走における鉛直変位 H2 と平地走における身体重の間には有意な相関がみられなかった．接地期における心の鉛直変位 H2 の差（0.567，p<0.05），接地時におけ足関節最小角度が一定であることから，上り坂走を得意る足関節角度（− 0.538，p<0.05），腕振り角度（0.542，とする選手は接地時の足関節角度を小さくし，接地期にp<0.05）との間に有意な相関関係が認められた．

おける足関節角度変位を小さくしていた．

上り坂走率と接地時における足関節角度（r= − 0.538，

上り坂を走行するためには，1 サイクルの中で身体重5とで，上り坂走を得意とする選手の特徴を明らかにすることを第 1 の目的とした．上り坂における走動作では，身体重心の鉛直変位 H1，上り坂走における鉛直変位 H2と平地走における身体重心の鉛直変位 H2 の差，腕振り角度，接地時の足関節角度と上り坂走率との間に有意な関係が認められた．したがって，本研究による上り坂走を得意とする選手は，腕を後方に大きく振り，接地の際に足関節角度が小さい状態で接地し，身体重心の上下動の大きい走りをしていた．
また，一般に行われている上り坂走の指導が上り坂走
図 6. 上り坂走率と接地時における足関節角度の関係を得意とする選手に見られる特徴なのか，全ての選手に共通して見られる特徴なのかを明らかにすることを第 2の目的とした．
指導書，実践書に記述されている一般的な指導は，「ストライドを小さくする」，「ピッチを速くする」，「体幹を前傾する，させない」，「腕を大きく振る，コンパクトに振る」，「膝を上げる，上げすぎない」ということであった．本研究においては，上り坂走を行うことで全ての選手においてみられる特徴として，自然とストライドが小さくなること，ピッチが遅くなること，体幹が前傾し，腕振りが大きくなることが明らかとなった．これらのことから，上り坂走の得意な選手の特徴を考慮すると，上

図 7. 上り坂走率と腕振り角度の関係

り坂走の指導として，大きな腕振りが効果的であると考えられる．
本研究では，上り坂走と平地走の比較において，接地心を上昇させなければならない．しかし，上り坂走率の時の足関節角度に有意な差が認められたが，もも上げ角高い選手は，接地期における足関節角度変位が小さかっ度には有意な差が認められなかった．このことから，接たにも関わらず，身体重心の鉛直変位 H1 が大きいとい地時の足関節角度の差が地面反力の獲得に影響を与え，う傾向がみられた．有意な相関関係は認められなかったもも上げ角度の差をなくしていることが考えられる．

が， 身 体 重 心 の 鉛 直 変 位 H1 と 体 幹 の 前 傾 角 度 変 位

よって，今後の課題として地面反力の分析が挙げられる．

（3.0°± 1.3）との間の相関係数は r=0.514（p=0.06）であった．このことから，接地から身体重心最下点の区間にお文献ける体幹の前傾によって，H1 が大きくなったと考えら

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6

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