走るとどうなる？バイオメカニクスで歩行サイクルを分解する

走るとき、自分の体が何をしているか考えたことがあるだろうか。足は自動的に動いているように見えるが、その裏では歩行サイクルと呼ばれる正確な一連の動きを繰り返している。このサイクルは、足が地面に着くところから、どのように足を踏み出し、どのように前に振り出すかまで、すべてを表している。これは、効率よく走り、バランスを保つための体の秘密の公式のようなものだ。

この記事では、ヒールストライクや ミッドスタンスといったバイオメカニクス用語はそのままに、科学者でなくても理解できるように歩行サイクルを分解する。

歩行サイクルとは？

歩行サイクルとは、ランニングの各ストライドで脚が通過する完全な一連の流れのことである。足が地面に着いた時（初期接触と呼ばれる）に始まり、空中をスイングした後、同じ足が再び降りてくる時に終わる。ウォーキングとは異なり、ランニングには空中段階というユニークな特徴がある。どちらの足も地面についておらず、実質的に飛んでいる瞬間だ！ランニング中のこの異なるパターンによって、エネルギーを節約しながら運動速度を向上させることができる。(カッペリーニら 2006年）

すなわち、片足が地面につく立脚期と、同じ足が地面から離れる遊脚期である（Kapri and Mehta 2021）。歩行サイクルの重要な要素であるつま先離地は、立脚相から遊脚相への移行を示す。この2つのフェーズを見てみよう！

ストライド・フェイズ・スキーム（カプリとメータ、2021年）

1.スタンスの段階：接地とプッシュオフ

立脚期とは、歩行サイクルの中で足が地面に接地する部分である。衝撃を吸収し、体を安定させ、体を前に押し出す。ランニングサイクルの約40～50％を占める。

スタンスフェーズの主なサブフェーズ：

• 最初のコンタクト

足が最初に地面に着くのはこの方法だ。

-ヒールストライク：ヒールストライク：踵が最初に地面に着くことで、長距離ランナーによく見られる（Kasmer et al.）

- ミッドフットストライク：足の中央部が最初に着地し、クッション性と効率性のバランスを提供する。

- フォアフットストライク：スプリンターによく見られる。

• ミッドスタンス

ミッドスタンスでは、体重は立脚で完全に支えられる。この段階はバランスと安定性がすべてである。

足首、膝、股関節はわずかに曲がっており、ショックアブソーバーのような役割を果たしています。足が内側に倒れすぎたり（オーバープロネーション）、十分に倒れなかったり（オーバーサピネーション）すると、バランスが崩れ、長い間にはケガをすることもあります。

オーバープロネーションとオーバーサピネーションの視覚化 (Wenger, 2024)

• トーオフ（推進力）：

足が地面から離れ、前に進むときです。ふくらはぎの筋肉（腓腹筋と ヒラメ筋）の力で、母趾と母指球が地面を押し出す。この段階は、スピードと効率にとって非常に重要である。Cappelliniらによって指摘されているように、立脚相の推進力のある後半は、最初の接触時に筋肉と腱に蓄えられた弾性エネルギーに大きく依存している。

下の画像では、左足は歩行サイクルの立脚期にある。

2.スイングフェーズ

スウィングフェーズは、足が地面を離れた瞬間から始まり、再び地面に着くまで続く。この段階はランニングサイクルの50～60％を占め、次のステップのために脚の位置を変えることにある。

スイング・フェーズの主なサブ・フェーズ：

• アーリースイング

足を地面から浮かせると、股関節の屈筋とハムストリングスが足を前に引っ張る。膝が曲がってコンパクトな形になり、足が振りやすくなる。

• レイト・スイング（ターミナル・スイング）：

脚は前方に伸び、次の着地に備えます。ハムストリングスはこの前方への動きをコントロールし、オーバーストライド（足を重心より前に出しすぎることで、ケガのリスクが高まること）を防ぐために働く。

下の画像では、ランナーはストライドのスイング段階で捉えられている。

なぜ歩行サイクルを理解することが重要なのか ：

歩行サイクルを理解することは、ランニングのバイオメカニクスを改善し、パフォーマンスを向上させ、怪我のリスクを軽減するための鍵となります。立脚相、遊脚相、空中相の各段階で身体がどのように動くかを分析することで、非効率な部分を特定し、特定のニーズや目標に合わせてトレーニングを調整することができる。

例えば、スプリンターはスピードを最大化するために推進フェーズの最適化に集中し、長距離ランナーはミッドスタンス時の衝撃吸収の改善に取り組むかもしれません。どのフェーズをターゲットにするかを知ることで、個々のバイオメカニクスに対応し、テクニックを磨き、自分のランニングスタイルや目的に沿った調整を行うことができる。

さらに、歩行サイクルを理解することで、シンスプリントや膝の痛みなどの怪我につながる可能性のある問題を発見することができます。この知識があれば、筋力トレーニング、ケイデンスの最適化、ドリルなど、より効率的かつ効果的に走るための戦略を取り入れることができる。

結論よりスマートに走るには理解から

歩行サイクルは単なる一連の動きではなく、私たちの走り方の基礎となるものです。最初の接触から推進力、スイングまで、各フェーズの背後にあるバイオメカニクスを理解することで、より効率的に走り、怪我を避け、特定の目標に合わせてトレーニングを調整する可能性を引き出すことができます。

爆発的なパワーを目指すスプリンターであれ、持久力とバランスを求める長距離ランナーであれ、歩行サイクルのニュアンスに注目することで、フォームを洗練させ、パフォーマンスを最大化することができる。今度ランニングシューズを履くときは、一歩一歩がきちんと組まれたシステムの一部であることを思い出してほしい。正しい知識とトレーニングで、一歩一歩を大切にしましょう。それでは、よいランニングを！

参考文献

Cappellini, G., Y. P. Ivanenko, R. E. Poppele, and F. Lacquaniti.Motor Patterns in Human Walking and Running', 2006.https://doi.org/10.1152/jn.00081.2006.

Kasmer, Mark E., Xue-Cheng Liu, Kyle G. Roberts, and Jason M. Valadao.2013.マラソンにおけるフットストライクのパターンとパフォーマンス」。International Journal of Sports Physiology and Performance8 (3)：286–92.https://doi.org/10.1123/ijspp.8.3.286.

カプリ、エカタ、マンジュ・メータ。2021.ランニングのバイオメカニクス：歩行サイクルの概要」。ResearchGate.https://doi.org/10.34256/ijpefs2131.

Peter, Wenger. n.d. 'Understanding Pronation in Running：A Comprehensive Guide：Princeton Sports and Family Medicine, P.C.: Sports Medicine'.Princeton Sports & Family Medecine.Accessed 19 December 2024.https://www.princetonmedicine.com/blog/understanding-pronation-in-running-a-comprehensive-guide.

Prateek, G. V., Pietro Mazzoni, Gammon M. Earhart, and Arye Nehorai.Gait Cycle Validation and Segmentation Using Inertial Sensors'.IEEE Transactions on Bio-Medical Engineering67, no. 8 (August 2020): 2132-44.https://doi.org/10.1109/TBME.2019.2955423.

Robberechts, Pieter, Rud Derie, Pieter Van den Berghe, Joeri Gerlo, Dirk De Clercq, Veerle Segers, and Jesse Davis.Predicting Gait Events from Tibial Acceleration in Rearfoot Running：構造化された機械学習アプローチ」。Gait & Posture84 (February 2021)：87–92.https://doi.org/10.1016/j.gaitpost.2020.10.035.

‍