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2013年05月06日

究極の投球フォームについて考える

投球に伴って起こる腕、肘の故障はどういうフォームで起こりやすいのか、それを防ぐ投球フォームについて、肩、肘の解剖と投球動作の物理的側面を考慮に入れて検討してみたいと思います。

肩の故障

@回旋筋腱板損傷
 肩の故障で多いのが肩関節の回旋筋腱板損傷。中日の浅尾拓也投手が現在痛めている疾患です。

A関節唇損傷

 投手のようにオーバーハンドスローを肩に力を入れて繰り返し行うと発生しやすくなります。投球のワインドアップ以外、どの段階でも発生する可能性があります。

肩関節の関節唇
関節唇.jpg
shoulder joint labrumのコピー.jpg
shoulder joint glenoid labrum3のコピー.jpg

 関節唇は肩の肩甲骨の浅い窪みの淵にある繊維状の軟骨で、浅い窪みを深くし、上腕骨の骨頭がこの窪みから外れないようにしています。日本ハムの斎藤佑樹投手も昨年、関節唇を損傷してしまいました。現在はリハビリ中です。
 関節唇損傷と回旋筋腱板損傷は同時に起こることも多く、関節唇損傷の40%に回旋筋腱板損傷を伴っていると言われています。

肘の故障 

@内側側副靭帯損傷
 肘の手術ではトミー・ジョン手術が有名ですが、これは肘の小指側の内側側副靭帯を再建(移植)する手術です。

投球動作の段階の分類
肩、肘の障害は、ワインドアップを除き、どの段階でも起こり得ます。特に急激な速度の変化(加速、減速)を起こすような投げ方は怪我につながります。
throwing phaseのコピー.jpg
別の分類
pitching motion phase.jpg

 
肩の骨の解剖
bony anatomy of the shoulder2.jpg
 肩関節はゴルフボールがティー(ソケット)に乗ったような構造をしていて、浅い窪み(ソケット)に丸い球状の形をした上腕骨の端(骨頭部、ボール)がはまったようになっています。そのため、腕をいろいろな方向に動かすことが可能だいう長所がある反面、不安定で大きな力がかかれば外れるかもしれないという不安定な構造となっています。

 この不安定さを安定化するためのしくみのひとつがローテーター・カフ(回旋筋腱板)という筋肉です。英語ではrotator cuffです。日本語では回旋筋腱板と訳されています。

ローテーター・カフ(回旋筋腱板)、右肩
rotator-cuff-muscles2.jpg
ローテーター・カフのコピー.jpg
Rupture-of-The-Rotator-Cuff2.jpg

 ローテーター・カフは肩甲骨と上腕骨の骨頭に付着した4つの板状の筋肉です。ローテーターとはローテート(回転、旋回)する物という意味で、肩関節では腕が旋回しています。カフは袖口という意味で、4つの板状の筋肉は袖口のように見えます。それで、ローテーター・カフと言われています。

 ローテーター・カフを構成する4つの筋肉

@棘上筋
A棘下筋
B肩甲下筋
C小円筋

 障害の頻度は@棘上筋が一番多く、次が棘下筋、その次が肩甲下筋で江川卓投手が痛めて引退のきっかけとなった筋肉です。障害が起こるのは回旋筋腱板の上腕骨に付着する腱の部分です。棘上筋は腕を上に上げるとき最初に働く筋肉で、そのあと肩を覆う大きな筋肉である三角筋が働きます。棘上筋の棘とは肩甲骨の後ろ側の棘のように出っ張った部分のことで、その上に棘上筋が、その下に棘下筋があります。
 ソフトバンクの斉藤和巳リハビリ担当コーチも肩甲下筋を故障し手術を行っています。肩甲下筋を故障するというのは程度としては重症なようです。
 腱(tendon)は筋肉(mustle)が骨に付く手前の部分で繊維状になっています。下腿の筋肉はアキレス腱に変化して踵の骨に付いています。rotator cuffの筋肉(mustle)を指す場合はrotator cuff mustle、腱(tendon)を指す場合はrotator cuff tendon と言います。

肩関節棘上筋関節唇2.jpg

 肘の故障に関してはトミー・ジョン手術で有名な肘関節内側側副靭帯損傷があります。肘関節内側側副靭帯が引き伸ばされて起こる故障です。大リーグの日本人では松坂投手が2011年に手術を行っています。

肘関節の解剖、右肘(体の内側から見た図)
Anotomy of the elbow.jpg

内側側副靭帯の位置(赤色の部分)
mcl位置のコピー.jpg

内側側副靭帯は3つの束からなるが、最も引っ張応力がかかるのが前束である。
ucl mclのコピー.jpg
elbow articular cartilage.jpg
elbow collateral ligament.jpg
elbow medial collateral ligament.jpg
elbow collateral ligament back side.jpg


 投球時には下図のように肘の外反(通常でも10から20度程度は外反している)を増大させるような力がかかり、その結果内側側副靭帯に引っ張り応力がかかり、組織に微小な損傷、部分断劽、稀なケースではありますが場合によっては一球投げただけで完全断劽ということも起きます。
valgus forceのコピー.jpg

肘の内側側副靭帯に大きな引張り応力がかかる投球動作の段階はいつか?

strasburg side lay back slow.gif
strasburg max external rotation.jpg
lay back wagner-300x199のコピー.jpg
前腕が最も後方に倒れ、肩関節が最大外旋(maximal external rotation)し、引き続き内旋に切り変わる時期は、前腕の回転の加速度が最大になり、前腕の質量の慣性により肘関節には大きなトルクがかかります。

 腕の振りが加速中に肘には外反を増加させる力、つまり外反力が働き、肘関節には外反トルクが働きます。
腕の振りと外反ストレス.gif

内側側副靱帯と外反力発生メカニズム.jpg
いったいどれぐらいのトルクがかかれば内側側副靭帯は破断するのでしょうか?

死体の靭帯で実験した結果はなんと、32Nm=3.3kg重・mでした。

肘の断面での前腕の回転中心と側副靭帯までの距離を5センチ(0.05m)と仮定すると、
側副靭帯にかかる力は、3.3/0.05=66kg重
となります。

投球の度に発生する外反トルクは靭帯の許容限度を超えているのになぜ靭帯は破断しないのか?

手首を曲げる屈筋(橈側手根屈筋、尺側手根屈筋、flexor carpi ulnaris and radialis)も外反トルクに対抗しているからです。

 この“lay-back”レイバックの体勢は内側側副靭帯に大きなストレスをかけているのですが、他の投球動作の段階でもストレスがかかる部位があります。
 先に挙げた屈筋を含む、屈筋回内筋群、flexor-pronator mass はコッキングから加速の段階に移行する投球動作の段階で大きな負荷がかかります。この段階ではそばを通る尺骨神経も大きな危険にさらされます。
 屈筋回内筋群の力が弱いと、外反トルクと対抗するのに内側側副靭帯にかかるトルクがその分大きくなるので、屈筋回内筋群を鍛えることは内側側副靭帯の損傷を防ぐためにも大事です。

肘の曲がり具合はどれぐらいがいいのか?

SCIENTIFIC STUDIES
科学的な研究結果

Between 30° and 120° of elbow flexion, the UCL is the primary stabilizer against valgus force.1 Outside of this range, bony structures and other soft tissues take larger roles in stabilization.
肘の屈曲が30度から120度の間では、外反力に対抗して肘の安定を保つ一番の役割を果たすのは尺側(内側)側副靭帯である。(肘の屈曲が)この範囲以外では骨の構造物や他の軟部組織(屈筋、回内筋、他)が安定化にもっと大きな役目をします。

Morrey and An showed that, at 90° of flexion, up to 55% of the stabilizing force is contributed by the UCL.
モーレイとアンは、肘が90度屈曲しているとき、肘を安定させる力の55%までもが尺側(内側)側副靭帯のおかげだということを示しました。

肘の屈曲は90度のとき、尺側(内側)側副靭帯には最も大きな引張応力が発生する

Physics tells us that valgus torque is greatest when the elbow is flexed to 90° (explanation in the following section). In the Morrey and An study, it was shown that the UCL handles its largest relative valgus load when the elbow is flexed to 90°. Combined, these two facts illustrate that valgus stress in the UCL is greatest when the elbow is flexed to 90°.
外反トルクは肘の屈曲が90度のとき、最大になることを、物理学は教えています。モーレイとアンの研究では、尺側(内側)側副靭帯は肘の屈曲が90度のとき、相対的に外反力にもっとも大きな抵抗(反作用)を示すことが証明されました。これらの2つの事実をあわせると、尺側(内側)側副靭帯での外反ストレス(引っ張応力)は肘の屈曲が90度のとき最大になります。

腕の角度と外反トルク(valgus torque).jpg

forearm lay back.gif

コッキング初期のテイクバック時、肘からボールを後ろに引いて肘を高く上げるフォーム

腕をムチのようにしならせ、前腕が遅れて出てくる(lay back、レイバック)投げ方で、球速は出ますが、肘の内側側副靭帯に急激な引っ張応力がかかり、靭帯に損傷が起こり、トミー・ジョン手術を要する危険性があります。
 サイドハンドスローでも肘を大きく曲げ、腕をムチのように使う投げ方だと、トミー・ジョン手術を要する危険性があります。

(ESPNの記事より引用)
トミー・ジョン手術(尺側(内側)側副靭帯再建術)が必要となる投球フォーム、逆W
inverted W.jpg
Faulty mechanics seen as a pitcher's foot comes down -- note the unhealthy inverted W's of the arms above -- have forced some of the games best pitchers to have Tommy John surgery.
投手が前足を着地したときに見られる(文字Wをひっくり返した形になっている不健全な腕の形、逆Wに注目してください)誤ったメカニクス(投球動作)が、野球というスポーツの最も優秀な投手の内の何名かをトミー・ジョン手術へと追いやりました。

ESPNの記事のタイトルは、
Force of habit
習慣の力(習性)

Science, not the scalpel, is the real solution for Tommy John injuries. Too bad few MLB teams are paying attention.
メスではなく、科学がトミー・ジョン障害の真の解決策である。残念なことに、このことに注意を払っている大リーグのチームはほとんどいません。(ボルチモア・オリオールズはその例外的な球団です)

 最近トミー・ジョン手術を受けた大リーグの投手で有名なのは、ワシントン・ナショナルズのステファン・ストラスバーグですが、彼と大リーグで最初に手術を受けたトミー・ジョン本人との共通点は?
But the two pitchers -- as well as many others who have undergone UCL reconstruction -- have one thing in common: a mechanical flaw in the timing of their deliveries that causes the arm to lag behind the rest of the body, putting extra stress on the shoulder and elbow.
 しかし、この2人の投手は、尺側(内側)側副靭帯再建術を受けた他の多くの投手もそうですが、共通点が1つあります:一連の投球動作のタイミング上の欠陥で、腕が体の他の部分よりも遅れて出てくることです。これは余分のストレスを肩や肘にかけてしまいます。

トミー・ジョン手術(尺側(内側)側副靭帯再建術)を受けた大リーグの投手の投球フォーム

ジョン・スモルツ、213勝155敗、154セーブ
john smoltz1.gif

ビリー・ワグナー、最速101mph(約163km/h)の速球を投げた。あだ名はビリー・ザ・キッド。通算セーブ数は歴代5位の422。
Example_InvertedV_BillyWagner_2010_007.jpg

ステファン・ストラスバーグ(ワシントン・ナショナルズ)。2011年にトミー・ジョン手術を行なったので、2012年度は投球回数が160イニングに制限された。
strasburg xxx.jpg
strasburg side view lay-back4 framesのコピー.jpg
strasburg lay back.jpg
strasburg 37.gif

ヤクルト館山 昌平、2013年4月12日、2度目のトミー・ジョン手術を受けた。
tateyama shouhei s1_17.jpg
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元ヤクルトの林昌勇(イム・チャンヨン)、サイドハンドから最速160キロを記録。2012年7月、トミー・ジョン手術を受けた。現在シカゴ・カブスと契約しているが、2013年度はリハビリで終わるかもしれません。リハビリは一年必要なので、登板できるようになるのは7月以降の見込みです。今シーズン中に藤川球児投手との継投が見られるだろうか?。
lim chang yong 4 frames.jpg
lim chang yong.gif 
lim chang yong 2011.gif
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西武、田中靖洋投手(2010年トミー・ジョン手術を受けた)
高校生の時に内野手から投手に転向。柔らかくしなる腕の振りから時速144キロを投げた。
柔らかくしなる腕の振りは褒め言葉のようであるが、肘、肩を故障しやすいと言えます。
将来、藤川球児投手のようになれると監督に言われたそうですが、藤川投手のフォームを真似したかどうかは知りませんが、藤川投手のフォームはテイクバックで肘が肩よりも上がり、inverted W(逆W)に近く、肩、肘にストレスのかかる投げ方なので、真似しないほうがよいと言えます。
 腕を背中側に大きく引いている 
田中靖洋.jpg
 腕の遅れ
田中靖洋腕の遅れ.jpg


田中靖洋投手、2012イースタンリーグでの投球(動画)


藤川投手のテイクバック、inverted W(逆W)に近く、肩、肘にストレスのかかるフォーム
2011年オールスターゲーム、時速151キロ
fujikawa kyuuji2011all star151k_17.jpg
fujikawa kyuuji2011all star151s1.gif


posted by HANG IN THERE YU at 11:17 | Comment(1) | TrackBack(0) | MLB | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
この記事へのコメント
投手に必要な筋肉はどこの筋肉ですか?
肩のインナーマッスルは鍛えています。
背筋は大事ですか?
Posted by 札幌高校生 at 2013年05月04日 23:00
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