リハビリmemo

大学病院勤務・大学院リハビリテーション学所属の理学療法士・トレーナーによる「最新の研究をトレーニングにつなげるための記録」

ヒトは投げるために肩を進化させてきた 前編

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 WBCもいよいよ佳境に入ってきましたね。それにしても、ヒトの投げる能力には驚くばかりです。野球選手は18.44m離れたピッチャーマウンドから幅43.2cmのホームベース上に速く、正確に投げれるわけですから。

 

 チンパンジーなどの類人猿は、ときどき物を投げますが、ヒトほど速く、正確に投げることはできません。私たちヒトだけが速く、正確に投げることができるのです(Westergaard GC, 2000)。

 

 しかし、野球選手でない私たちに「投げる能力」というのは一見、無縁のような気がします。では、なぜヒトは投げる能力を獲得したのでしょうか?

 

 そこには進化的な理由があるのです。

 

 今回は、ハーバード大学の進化生物学者であるRoachらの知見をもとに、投げる能力の進化について考察していきましょう。

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◆ ヒトは狩猟のために投げる能力を進化させた

 

 ダーウィンは、二足歩行の獲得が上肢の動きを開放し、ヒト独自の投げる能力を進化させたと言います(Darwin C, 1871)。

 

 約400万年前、ヒトは二足歩行を獲得し、約200万年前の旧石器時代から狩猟活動を活発に行うようになりました。

 

 肉食動物に比べて、ヒトは足も遅く、力も弱く、爪や牙などの身体的な武器もありません。しかしヒトには、武器を作る知能がありました。そこで削った石や木片を武器にして、狩猟活動を行っていました。

 

 そして、その武器を活用するために進化したのが「投げる能力」だったのです。

 

 約190万年前になると、ヒトは大型の肉食動物を捕食するようになります。投げる速度や正確性を高めることで、大型動物の狩猟を行なえるまでに投げる能力を進化させたのです。その後も農耕が始まる約1万年前まで、ヒトは投げる能力を活用して狩猟活動を行なってきました。

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Fig.1:木片を投げるケニアのダサナック族(Roach NT, 2015)

 

 ここで、ヒトが投げることで狩猟を行なってきた期間を時間軸で見てみましょう。

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Fig.2:狩猟・農耕活動の時間軸

 

 このように見ると、ほとんどの期間を投げることによる狩猟活動によって生活していたことがわかります。長い狩猟活動の期間、ヒトは生き延びるために、正確に、速く、強く投げる能力を進化させてきたのです。

 

 知識社会である現代では、知的能力の高いものが金銭的利益を得ます。同じように、石器時代では、投げる能力の高いものが狩猟活動の主役になっていました。投げる能力は進化の自然選択によって、優位に遺伝的に引き継がれていったのです(投げる能力の高いものが繁殖にも有利だった)。

 

 では、この「投げる能力」を生み出す肩はどのように進化してきたのでしょうか?



◆ ヒトだけが獲得した投球時の粘弾性エネルギー

 

 ボールを速く投げるためには、肩関節の内旋の力(トルク)がもっとも重要です(Pappas AM, 1985)。しかし、肩関節の内旋筋のみのパワーでは、投球時の内旋トルクの半分しか生み出すことができません(Hirashima M, 2007)。速く強い球を投げるためには、残り半分のトルクが重要なポイントになります。

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Fig.3:投球時の内旋トルクの内訳

 

 ハーバード大学のRoachらは、この残りのトルクは「粘弾性エネルギー」によって生み出されると言います(Roach NT, 2013)。

 

 投球動作は、コッキングフェーズ(Arm-cocking phase)とアクセレレイションフェーズ(Acceleration phase)に分けられます。内旋筋のパワーはアクセレレイションフェーズで生成されますが、粘弾性エネルギーはコッキングフェーズで生成されます。

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Fig. 4:投球動作のフェーズ

 

 コッキングフェーズでグラウンドに足をつけたとき、すでに肩は90度外転位にあり、外旋、水平外転して、肘は90度屈曲しています。ここから先行して体幹の素早い回旋が生じ、アクセレレイションフェーズに移行していきます(Hirashima M, 2002)。

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Fig.5:投球のフェーズと各関節運動

 

 この体幹の素早い回旋は、肩関節の外旋方向への慣性モーメントを作り出します。慣性モーメントの増大により外旋の可動域は拡大し、肩の前面にある大胸筋や広背筋、大円筋といった筋や軟部組織を伸張させます。この伸張により、粘弾性エネルギーが生成されるのです。ここで生成された粘弾性エネルギーがその後のアクセレレイションフェーズで放出され、内旋筋のパワーと合わさることで、投球に必要な内旋トルクを最大化させます。

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Fig.6:粘弾性エネルギーの生成

 

 投球動作で「肩がひらいてはいけない」と言われるのは、粘弾性エネルギーの生成が行えないためです。肩がひらいた、いわゆる手投げでは、粘弾性エネルギーが使えず、内旋筋のパワーのみに頼るため、怪我が生じやすくなります。

 

 ヒトが他の類人猿に比べて、速く、強く投げれるのは、この粘弾性エネルギーを利用できるように肩のしくみを進化させたからなのです。

 

 Roachらは、粘弾性エネルギーを効率的に生成するための肩の形態学的な進化について3つの仮説を唱えています。次回、肩のしくみの進化と、その進化の弊害と言われる肩疾患について考察していきましょう。

 

 

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肩リハビリ⑫:肩甲骨の運動パターンから肩甲骨周囲筋の筋活動を評価しよう

肩リハビリ⑬:肩甲骨のキネマティクスと姿勢との関係を知っておこう

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肩リハビリ⑮:ヒトは投げるために肩を進化させてきた 中編

肩リハビリ⑯:ヒトは投げるために肩を進化させてきた 後編

 

References

Westergaard GC, et al. A comparative study of aimed throwing by monkeys and humans. Neuropsychologia. 2000;38(11):1511-7.

Darwin, C. The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex (John Murray, 1871).

Roach NT, et al. Clavicle length, throwing performance and the reconstruction of the Homo erectus shoulder. J Hum Evol. 2015 Mar;80:107-13.

Pappas AM, et al. Biomechanics of baseball pitching. A preliminary report. Am J Sports Med. 1985 Jul-Aug;13(4):216-22.

Hirashima M, et al. Control of 3D limb dynamics in unconstrained overarm throws of different speeds performed by skilled baseball players. J Neurophysiol. 2007 Jan;97(1):680-91.

Roach NT, et al. Elastic energy storage in the shoulder and the evolution of high-speed throwing in Homo. Nature. 2013 Jun 27;498(7455):483-6.

Hirashima M, et al. Sequential muscle activity and its functional role in the upper extremity and trunk during overarm throwing. J Sports Sci. 2002 Apr;20(4):301-10.