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Think outside the box

MAKE JAPAN GREAT AGAIN

健康ランナーのためのバイオメカニクス入門②

シリーズの要約は【ナチュラルランニングの超まとめ】をどうぞ。

ほとんど趣味で書いた前回記事(健康ランナーのためのバイオメカニクス入門)へのアクセスが意外に多かったので、続きを書くことにしました。今回はランニングの力学を図解してより分かりやすく説明します。(追記:「健康ランニングのtips」に続きます) 

そもそも「走る」とは、前方・水平方向に高速移動することなので、前方・水平方向とは異なる方向に作用する力を最小化させること、具体的には、

  • 進行方向(水平方向)への慣性を維持する←進行方向に逆向きの力を作用させない
  • 上下動を最小化する←垂直方向に力を作用させない

の二点が、高いエネルギー効率で速く・長く走れるようになるポイントです。

まず、前方への慣性を発生させるところから、図を用いて説明します。

 

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図は人体を模式化して右側から見たものです(赤線は左脚、頭・両腕・足首から先は省略)。進行方向は左から右です。

左端の直立した静止状態から①のように体を進行方向に傾けると、重力によって体が倒れ込むことに伴い、進行方向への運動が生じます(下の矢印が慣性を示す)。このままでは地面に倒れ込んでしまうため、片脚(ここでは右脚)を前に出して着地し、体を支える必要があります。

②のように頭の真下付近に着地すると、自然に膝から下が地面に垂直になるため、水平方向への力は作用せず、前方への慣性は減じることなく維持されます。右足が着地している間に、体は慣性で前方に移動するので、左脚を素早く前方に引いて次の着地に備えます(③)。右足が地面から離れたら、②と同じ要領で左足を着地させます(④)。

走ることは意識せずにこのプロセスを実行すると(裸足をお勧めします)、「おっとっとっと」という感じで前に進んでいきますが、その際には足裏の踵ではなくフォアフット部(注意:「つま先」ではありません・誤訳です)で着地しているはずです。進行方向への慣性を減じないために垂直着地すれば、自然にフォアフット着地になるのです。

この「おっとっとっと」と前に進んでいく体を止めるには、

  • 体の前方で着地する(進行方向と逆向きの力を作用させて強制的に減速する)
  • 上体を垂直にする(エンジンブレーキのように自然に減速する)

の二通りがあります。図の②'が体の前方での着地です。進行方向に向かって脚を突き立てるように着地することで、進行方向とは逆向きの力(図の矢印)を作用させて減速させます。また、上体を垂直にすると、倒れ込みによる前方への慣性がなくなるため、エネルギーロスによって自然に減速していきます。

入門①で詳しく説明していますが、「上体を垂直にして体の前方で(踵から)着地」は、歩くフォームそのものです。歩く場合はこれで問題ないのですが、このフォームで走ると着地ごとにブレーキをかけることになるため、再加速のためのエネルギーを余計に消費してしまいます。また、ブレーキとして作用する力が膝に衝撃を与えるので、ランナーズニー(腸脛靭帯炎)などの故障をしやすくなります。健康的にランニングを続けるのであれば、「体を前傾させて頭の真下に垂直着地」を心掛けてください。

垂直着地のコツは、足先を前に大きく振り出さず(膝を伸ばさず)、膝が曲がった状態をキープすることです(下図のⅠ)。この状態から膝を下げると、自然に垂直着地になります(Ⅱ)。杵を振り下ろして餅をつくような感じで、股関節から膝を振り下ろして地面を軽く足裏でつけばうまくいきます(股関節~膝が杵の柄、膝から下が打撃部分に相当)。つい「膝を伸ばしてできるだけ前で着地する→ストライドが伸びる→スピードアップ」と考えたくなりますが、踵着地・ブレーキ着地になるため逆効果です。

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次のポイントが、前方へのジャンプです。裸足で上下に両脚ジャンプを繰り返す際には、

  • 着地:足首と膝を曲げて衝撃を吸収(当然フォアフット着地)
  • ジャンプ:曲げていた足首と膝を伸ばす

という動きになります。人間が自然に足首と膝の曲げ伸ばしをするのは、この部位がバネの伸び縮みのような動き(伸張-短縮サイクル運動)をする構造になっているためです。このバネをうまく利用することが、高いエネルギー効率で走る秘訣です。踵着地ではバネが利用できないため、効率低下は不可避です。

落下の際に足首と膝を曲げれば(短縮)、落下の運動エネルギーはバネの弾性エネルギーに変換・貯蔵されます。この弾性エネルギーを足首と膝を伸ばして(伸張)、前方への運動に利用するわけですが、その効率を高めるカギとなるのが、上体の角度と体の後ろで着地している足です。

上体が直立しているほど脚と地面の角度≒ジャンプの角度が大きくなるので、体の上下動も大きくなってしまいますが、垂直方向の動きは水平方向への前進にはまったく寄与しないため完全な無駄です。重力に逆らって体を持ち上げることは大きなエネルギーロスと疲労につながります。前傾姿勢は、体の上下動を小さくしてエネルギーロスを抑えるためにも必要です。

前傾姿勢+垂直着地だと着地時にブレーキがかからないため、地面を強く蹴らなくても(→膝は伸びきらない)体は自然に前に進んでいきます。後ろ足で地面を蹴って前進するというより、前方への慣性に身を任せて「後ろに残された脚を次の着地のために前方に引き戻す・地面から引離す」というイメージです。足の役割は地面を蹴ることではなく着地、と意識してください。

以上をまとめると、

  1. 前傾して前方への動きを発生させる(腰を折って前かがみにならない)。
  2. 前方への慣性を減じないために、頭の真下に垂直にフォアフット着地する(膝から下を前に大きく振り出さない)。
  3. 伸張-短縮サイクル運動により、着地(落下)の運動エネルギーを前進に利用する。
  4. 後ろ脚は次の着地のために素早く前方に引き戻すことに意識を集中する。
  5. 膝は着地する時も地面から離れる時も伸びきらない。

となります。スタート時の前傾で発生した前方への慣性を持続させること、別の言い方では「前方への転倒を両足交互に着地して防ぎ続けると自動的に前進する」ことがランニングの本質だということです。

最後に、フォアフット着地について補足しておきます。「つま先着地」という誤訳に惑わされてか、垂直跳びのように踵を大きく上げて着地しようとする結果、縄跳びのようにぴょんぴょんと上下に跳ねてしまう人が多いようです。ランニングでは着地の衝撃が大きいため、足裏全体で衝撃を吸収する必要があります。踵は上げず、足裏を地面とほぼ平行にするのがコツです。裸足の足裏全体を同時に着地させようとすると、フォアフット部が0.0X秒ほど先に地面に触れる、といったところです。人によってはミッドフット着地やフラット着地と言った方が実感に近いかもしれません。

ポイントは踵に強い衝撃を受けないことなので、前回記事で説明した「踵から足裏全体を瞬時にぺたっと着地」でも構いません。「自分に合ったフォーム」は人によって異なるので、微妙な違いにこだわる必要はありません。

以上の力学的なメカニズムを理解すれば、人間本来のランニングフォームの体得は難しくないはずです。是非チャレンジしてみてください。ただし、これまでの「歩くように走る」フォームとは体の動かし方が変わるので、筋肉や腱が慣れるまで無理は禁物です。

見本として、前回記事でも紹介したマラソン2時間3分台のケニア人ランナー・ムタイのスローモーションを貼っておきます。膝を伸ばさない垂直着地と上下動の小ささ、水平に流れるような動きに注目してください。


Mutai at NYC marathon - YouTube

もう一人、アメリカのハーフマラソン記録保持者のホール(白人)です。0:29~と1:55~に登場します。他のランナーと比較してください。


Ryan Hall Running Form Analysis - YouTube

流れるような動きはスリンキー(バネのおもちゃ)を思わせます。


Epic - Slinky on a Treadmill - YouTube