スポーツ科学研究所

3月22日に「東京マラソン2009」が開催されます。楽しみに待っている方も多いのではないでしょうか。この大会は6時間かけて完走する一般市民ランナーから、残念ながらこの大会で引退するマラソン日本最高記録保持者の高岡寿成選手まで約3万人が東京の街を走り抜けます。いずれのランナーも42.195kmをいかに効率よくエネルギーを使いながら走るかが記録を出すカギになります。速く走るランナー、遅く走るランナー・・・様々なランナーのカラダの中ではいったい何が起こっているのでしょうか？　今回は東京マラソンを科学してみましょう。

「体重×走った距離＝消費エネルギー」？？？
「体重（kg）×走った距離（km）＝消費エネルギー（kcal）」　みなさんも目にしたことがある計算式だと思います。この式によれば、たとえば70kgの人が10km走ると700kcalが消費されることになります。マラソンでは約42kmなので2,940kcalとなります。しかし、この式には時間的な要因が入っていません。マラソンを2時間30分で走るランナーと、2倍の5時間で走るランナーは同じエネルギー量を使うものとは思えませんよね。
では、実際に測定を実施した報告によれば、体重60kg前後の男子でフルマラソンを2時間18分程度で走るランナー（26歳前後）の消費カロリーは2,700kcal程度、同じく体重60kg前後でフルマラソンを6時間程度で走る一般男子ランナー（22歳前後）で約3,600kcalの消費が見られたと報告されています。このように消費されるエネルギーは時間的な影響を色濃く受けることになります。
ちなみに30～40歳代の男性サラリーマンの1日の消費エネルギーは、多くても2,400kcal前後であり、マラソンを走った際の消費エネルギーはこれを越えてしまうことになるわけです。つまり、マラソンを走ることは、1日分のエネルギーが短時間で使われてしまう、私たちのカラダにとって非常に過酷な運動であることがわかりますね。

上り坂と下り坂・・・疲れてしまうのは？
東京マラソンは平坦なコースとはいえ、前半の7ｋｍ程度で40ｍ程度の高低差を下り、後半の35km過ぎに上りになります。はたして上りと下りではエネルギー消費にどれくらいの差が出るのでしょうか？　図は平坦な道と10％（走行距離100mで10ｍの高低差）の上り・下りを走った時の消費エネルギーをあらわしています。

走るスピードが同じ時速10kmでも、上り坂は下り坂を走る約3倍ものエネルギーを消費することになります。そこで「下り坂はエネルギーを使わなくてもいいのか！」と考えがちになりますが、そんなことはありません。下り坂を降りるということは大腿四頭筋や前脛骨筋に大きな負担がかかります。これはエキセントリック収縮（※1）といって筋が伸ばされながら力を出している状態なのです。

この収縮時には筋線維は損傷を起こしやすく、ダメージも大きくなります。つまり、下り坂はエネルギー消費は大きくないものの、筋肉に対するダメージは大きくなるのです。一度ダメージを受けた筋肉はダメージの修復にもエネルギーを使います。長い時間をかけてマラソンを走破するランナーは長い時間ダメージにさらされ、エネルギー消費も大きくなることになります。これはレース後々の筋肉痛とも関連が深いことも分かってきています。

東京マラソン走破法（科学編）・・・。
エネルギー消費のことから考えれば、マラソンでは普通の1日分程度もしくはそれ以上のエネルギーを使ってしまうので、前日までにしっかりとエネルギー補給を行うことや、走行中での間食等でエネルギーが枯渇しないようにすることを頭に入れておいてください。
筋肉のことを考えれば、前半の下りをあまりハイスピードではなくゆっくりと慎重に下り、ダメージを大きくしないようにすること。これがレース後半の走りを快調にするばかりか、マラソン終了後数日の生活が楽になるはずです。
さあ出場する皆さん、観戦する皆さん、大いに東京マラソンを楽しんでください！
次回も東京マラソンの結果を交えながら、2009東京マラソンを科学してみたいと思います。

なるほど！ザ！スポーツ用語辞典

＜※1＞
エキセントリック収縮：
負荷がかりながら伸ばされる筋肉の収縮運動。腕相撲で劣勢の時、肘を曲げる方向に力を入れているのに腕は引き伸ばされている。このとき上腕二頭筋（力こぶを作る筋肉）はエキセントリック収縮を起こしているとこになる。

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2008年9月に始まったワールドカップアジア最終予選。日本は現在2勝1分でオーストラリアに次いで2位につけています。先日のカタール戦では、ＦＷ陣の2ゴールに続き闘莉王選手の素晴らしいヘディングシュート（以下：ヘディング）が決まり、アウェーで3-0の勝利をおさめました。日本代表戦を見ていると、セットプレーから中澤選手、闘莉王選手などの相手を抜いてのヘディングが目立ちます。ではこのヘディングの上手い下手には何が関与しているのでしょうか？　今回は（ジャンプからの）ヘディングについて科学的に紐解いてみましょう。

踏み切った瞬間にカラダが進む方向は決まってしまう。
ジャンプしてヘディングをするとき、私たちが行きたい方向とは違う方向に向かってジャンプしてしまったら・・・。身体をひねろうが手の向きを変えようが、外から何らかの力が働かない限り、身体重心（※１）の向かっている方向はコントロール不能となり、最初に踏み切った方向に着地することになります。つまりは一度踏み切ってしまえば身体の向かっている方向は空中では変えることができないわけです。ですから、ボールが来ると思った方向にジャンプしたにもかかわらず、違う方向に行ってしまった場合、頭の動かせる数十平方センチメートルの範囲でしか調整はできないことになります。

空中に長い時間とどまることはできない。
ジャンプのために一度踏み切れば、その時点から我々の身体は重力により下方に引っ張られることになります。身体の動かし方で空中での滞空時間が増すことはありません。空中でコントロールできない進行方向と同様に、滞空時間もジャンプした後では変えることはできないのです。ヒトがジャンプしてからの滞空時間は、ジャンプする高さが1mの選手でもせいぜい0.9秒程度です。これには体重は関係ありません。
ジャンプし空中に放り出された身体が最高点でボールと出会うのは滞空時間の半分である約0.4秒後、その前に蹴りだされるボールを見て様々な計算をしてジャンプする方向を決めるために約0.3秒とすれば、合計で0.7秒前後の短い時間の中でヘディングという一つの作業を完了させなければならないわけです。

どうすれば成功するか・・・？
では、どうすればヘディングは成功するのでしょうか？　それには、0.7秒をいかに上手く使うかが鍵になってきます。まずは、0.3秒で行われる踏切の判断です。これには多くの練習や試合によって多彩なパターンのヘディングを経験し、成功した踏切イメージの記憶を増やすことが重要です。これにより0.3秒を少しでも短縮することができれば、踏切前にセンターリングのボールの行方を観察する時間を延長することが可能となります。
そして、空中での0.4秒間のボディーコントロールです。これには身体感覚というイメージの蓄積が重要になります。これはサッカーだけでなく、器械体操や水泳など、地面に接していない「浮く」感覚の体験・経験がイメージづくりには重要であるようです。
ただ漫然とヘディングの練習をしているだけではだめ。たくさんの良いヘディングを経験することと、他のスポーツや運動にもチャレンジすることが、イメージとしての記憶のレパートリーを増やします。試合中の華麗なヘディングには脳内の記憶が大きく関与しているのです。

なるほど！ザ！スポーツ用語辞典

＜※1＞
身体重心：
何か物体を一点で支えたときに、ちょうど釣り合う点を重心と呼びますが、人間の体の場合、「気をつけ」の立位姿勢でちょうどへその辺りとなります。また、手や足の位置を変化させることによりこの重心の位置は動くことになります。

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地上から3m05cmに位置するバスケットボールのゴールリング。直径は何センチだかご存知でしょうか？　あらためて近くで見てみると、その高さに圧倒され、リングサイズがとても小さいと感じられると思います。でも、ＮＢＡなどのプロバスケの試合を見ると、その高く小さいリングになぜかとても簡単そうにシュートが入っています。それには何か秘密があるのでしょうか？　今回は、ショットの成功率をあげるための方法の一つを紐解いていきたいと思います。

意外と小さなその直径
サッカーのゴールは縦2.44m、横7.32mでありゴール面に単純にボール（直径23cm）を並べると430個のボールが入る計算になります。同じように考えるとハンドボールゴール（2m×3m：直径19cm）は300個となり、前を守るキーパーの存在の有無を度外視すれば非常に大きなゴールである事がわかります。ではバスケットボールのリングはどうなのでしょうか？　リングの直径は45cm、ボールの直径（男子オリンピック公認球）は24cmとリングの中にボールが2個入りません。他のスポーツに比較すると非常に小さく入りにくいゴールなのですね。

円を上から見ると・・・
ちょっと考えてみてください。どの角度から円を見れば面積は一番大きくなるでしょうか？　斜めから見た円は楕円になり面積は小さくなってしまいます。そう、一番大きな面積として捉えることができるのは円を真上から見たときです。つまりは一番効率よくボールをリングの中に入れるにはリングの真上からボールを落とせばいいわけです。しかしショットの際、ゴールから離れて打つ場合には必ず角度がつくわけで、ボールがゴールに入っていく角度が33度以下の場合にはショットはリングには入りません（図）。ボールは放物線を描いてゴールに向かうわけですから、手からボールが放たれる時の角度が重要となるわけです。

安定した角度が必要！
一番大切なことは、ボールを安定した角度で放つことです。すなわち肘とスナップの関係が重要となります。ショットする際に肘の位置が安定していればスナップのみでボールの投げ出される角度を調整することが出来ます。しかし、肘が前後に動けば、放たれるボールの角度はばらついてしまい成功率の向上は難しくなります。つまりは安定したショットの角度は安定した肘の位置によって作られるわけですね。

何を鍛えればいいのか？
肘を安定した位置にキープするためには肩の三角筋（※1）の働きが重要です。その三角筋を鍛えるには、手に重たいものを持った状態で肩を上下左右に動かすことなどがあります。また、肘を伸ばす際に微妙な調整が必要となる上腕三頭筋（※2）のトレーニングも重要でしょう。最後に一つ、安定してボールを押し出すためのスナップやボールを保持するための握力は前腕（※3）が関係しますので前腕も鍛える事も必要です。
腕の筋肉を鍛えることにより、肘の角度が安定し、良い放物線がえがけ、ショット成功率が高まる要因になると思います。

針の穴を通すように小さなリングにボールをくぐらせる技術は、まさにヒトの手を使った「芸術作品」であることがわかりますね。

なるほど！ザ！スポーツ用語辞典

＜※1＞
三角筋：
肩の関節を動かすために重要な筋肉。投げる動作に大きく貢献している。

＜※2＞
上腕：
肩から肘までの部分。力こぶの側を上腕二頭筋、その裏（脂肪の測定でつまむ側）を上腕三頭筋と呼ぶ。この筋肉が収縮すると腕が伸びる。

＜※3＞
前腕：
肘から手首までの部分。手首を動かす、手を握る、指の動きなどを制御する筋はこの部分である。

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身体の中で脂肪の占める割合を「体脂肪率（※1）」と呼ぶ事を皆さんはよく知っていますよね。では、大相撲の力士（海外では『SUMO レスラー』と呼ばれます）の体脂肪率は何％位だと思いますか？力士によって個人差はありますが、実は彼らの体脂肪率は25～30%前後なのです。「えーだってあんなに太っているように見えるじゃん！」という声が聞こえてきそうです。今回は力士の体脂肪率についてひも解いてみましょう。

筋肉と脂肪、どちらが重い？
脂肪と筋肉ではどちらが重いと思いますか？ステーキの脂身部分と赤身部分を同じ位の大きさに切り、水を入れた容器に入れてみてください。赤身は沈みますが、脂身は水に浮かぶはずです。これでお解かりだと思いますが、同じ体積の筋肉と脂肪では筋肉のほうが重いのです。筋力トレーニングをして筋肉が大きくなり脂肪が減れば、体重は増加する事が多いのです。

牛になる生活リズムなのに・・・。
昔から「食べて寝ると牛になる（太ってしまう）」という言葉を様々な場面で聞いていると思います。力士の生活リズムは全くこのとおりで、1日2回の食事を食べた後はすぐに横になり寝てしまいます。食事も「ちゃんこ鍋」という炭水化物ばっちりの食事です。これは太るに違いないと思いがちですが、先ほど述べたように体脂肪率は思ったほど高くありません。なぜなのでしょうか？我々の太ってしまう生活リズムとの違いは何なのでしょうか？

厳しい稽古で傷つく筋肉
それは「稽古」です。食事の前には壮絶な稽古があるのです。この稽古の内容は、ジョギングやウォーキングのようなものではなく、へビーな筋力トレーニングに類するものが多く、筋肉に大きな負荷をかけ力士の筋肉は稽古により激しく傷つくことになります。

エネルギーは傷ついた筋肉の補修に使われる
我々の身体は筋肉が傷つき壊れていては正常な活動が出来ません。力士の損傷した筋肉はどうやって修復されるのでしょうか･･･。実は食事により摂取したエネルギーは脂肪として蓄積される前に、まずは身体をもとの健康な状態に戻すために優先的に使われる事になります。
つまり、たくさん動かし大きな負荷により傷ついた筋肉は、摂取したエネルギーを優先的に使用し、もう同じ負荷では壊れないように修復される事になります。当然修復が終わった筋肉は壊れにくく強靭になりそのボリュームも増加する事になります。

ちゃんこ鍋は筋肉の源
力士のちゃんこ鍋は、激しい稽古により傷ついた筋肉の修復と増強に使用され、脂肪に変わる割合は低いのでしょう。皆さんが力士の稽古と同じような激しい運動を食事の前に行っていれば、脂肪が激増する事はないでしょう・・・。

なるほど！ザ！スポーツ用語辞典

＜※1＞
体脂肪率：
低ければ良いというものではなく、低すぎると体温調節が上手くいかなくなったりホルモンバランスの異常を招くこともあります。明確な世界共通基準は無く、一般的な日本人であれば男性15～20%、女性20～25%程度が標準といわれています。

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女子マラソンの野口選手の欠場・・・、そして土佐選手の途中棄権、中村選手13位と非常に残念な結果に終わった日本女子マラソンでした。土佐選手のような暑さに強く、粘りがあっても様々な原因が絡まりあい棄権してしまうほどマラソン競技は過酷なスポーツです。さて、前回お話した水分補給の重要性ですが、今回は選手が個別に用意するスペシャルドリンクに関してお話しましょう。

スペシャルドリンクボトルの中身とは？
走っている選手達は、５キロごとの給水地点で各々わかりやすいように目印をつけたボトルを係員などから受け取っているのを見ることがあると思います。各々の選手が準備したスペシャルドリンクですが、いったい中身はどんなものなのでしょうか？　マラソンにスペシャルドリンクが登場したのはいつからか定かではありませんが、当初はオレンジジュースや紅茶、コーヒーに炭酸抜きのコーラ等と選手が普段飲み慣れている飲料やそれをアレンジしたものが多かったようです。しかし、近年はスポーツドリンクの研究・開発が進み、多くの選手がスポーツドリンクを使用しています。中にはいくつかの市販のスポーツドリンクを混ぜ合わせてオリジナルドリンクを作成している選手もいます。

どんな成分が良いのか？
前回のコラムでも話しましたが、エネルギー生成の原料となる糖質は高濃度であれば身体への吸収が悪くなります。2～5％程度の濃度が現在のスポーツドリンクの主流です。現在の多くのトップランナーが用いているスペシャルドリンクは、レース序盤の給水ポイントでは、脱水を予防するために身体への吸収の良いもの、つまりは糖をあまり含まず電解質（※1）がバランスよく入ったドリンクを飲んでいます。またレース後半になればなるほど、エネルギーを生産しやすいように糖質の濃度が高いドリンクを飲んでいます。現在もコーヒー、紅茶、コーラ等を好んで選ぶ方もいらっしゃるとは思いますが、これらには利尿作用のあるカフェイン（※2）が含まれており、尿として水分を体外に排出してしまいます。高温の日のレースではカフェインを含む飲料はあまりお勧めできません。

温度は？
脱水になりがちな身体への水分補給という重要な役割があるスペシャルドリンクですから、身体への吸収率が高い飲料がマラソン走行中には適しています。身体への吸収ということを考えると、5℃～15℃程度が最適であるといわれています。そして、最新の研究において37℃よりも4℃の水のほうが身体への吸収も早く体温の上昇を防ぐことが明らかになっています。高温環境でのスポーツ時において、飲み物は冷たすぎると身体に負担がかかるのでは？　逆に体力を消耗するのでは？　といったようなこれまでの考えを改めなくてはいけません。

給水の光景が変わった・・・！？
スペシャルドリンクは飲むだけではなく、身体にかけて暑くなった身体を冷やすために使用する選手もいます。つまりは低温を保つ事ができる容器が望まれます。国際陸上競技連盟は、北京五輪のマラソンにおいてスペシャルドリンクの容器について、保冷機能付きの金属製ボトルを使用することを許可しました。つまりは魔法瓶のような硬い容器で冷たいスペシャルドリンクを飲むことができるのですが、今回の女子マラソンではそのような光景を見つけることができましたか？　男子マラソンの時も注目して見てみてください。　

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＜※1＞
電解質：
水に溶けて電気を通すミネラルであるナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどのこと。電解質は体内の水分に溶けこんでおり、そのバランスは水分のバランスと連動している。我々の身体は血液中の総水分量と電解質濃度を一定に保つように調整している。

＜※2＞
カフェイン：
コーヒー、コーラ、緑茶、紅茶、ウーロン茶、ココア、チョコレートなどに含まれる物質。中枢神経系を刺激することが知られ、興奮作用や利尿作用がある。

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高温多湿の北京でのマラソンは過酷なレースになりそうです。選手は様々なスペシャルドリンクを用意してこのレースに臨みますが、彼らが口にするドリンクにはどんな秘密が隠されているのでしょうか？　今回から2回にわたって、水分補給とスペシャルドリンクの謎について考えてみたいと思います。

1レースで5kgの汗！？ 1時間に1リットルしか飲めない・・・。
人間は高温多湿の条件化で激しい運動を行うと1時間に2～3リットルの汗をかきます。2時間以上走り続けるマラソンにおいてはその量は5リットル以上になることも珍しくありません。重さに換算すると約5kgもの汗をかくことになるのです。それに対して、人間が1時間の運動中に飲める水の量は約1リットル程度と言われています。これは、水分が吸収される前に、胃の中が水で満たされてしまうと、のどの渇きを感じなくなってしまうからです。

つまり、マラソンレースの約2時間で5リットルの汗をかいても、5リットルの水を飲むことは不可能ということです。ちなみに一流選手がマラソン競技中にドリンクとして飲む水分の量はせいぜい1リットルであり、アスリートの身体には大変な水分不足が起こっていることがわかります。

そこでスポーツドリンク！　エネルギーか水分か？
そこでなるべく身体に早く吸収され、胃の中に残らないようなドリンクが考えられました。それがスポーツドリンクといわれる飲み物です。体液に近い濃度に調整され、より早く胃の中から血液中に吸収されます。ただ、長時間運動をしていると水分同様エネルギーも補給する必要があります。その為にスポーツドリンクにはエネルギーの原料となる糖質（※1）が5％程度含まれています。しかし、糖質を含む飲料は真水よりも吸収が悪いこともわかっています。吸収が悪くなると、血液の流れが悪くなり、体温を上げてしまう原因にもなります。

様々な研究により、マラソンのように2時間を越えるような持久的運動においては、糖質を含むドリンクに効果があることがわかっていますが、1時間程度もしくはそれよりも少ない時間で終わる種目では糖分を含むドリンクを飲むことは、吸収時間が遅くなり、あまりよい効果がないとも言われています。

スペシャルドリンクはすごい！
水分吸収に重点を置くのか？　後半に備えて糖質を重視するのか？　選手にとってはスペシャルドリンクも戦術の一つになるのです。一流選手が使用しているスペシャルドリンクは食品メーカー、飲料メーカーがアシストし、選手自身にあったオリジナルの飲料を開発し提供しています。その日の天候、気温、体調により含まれる成分を調整する選手もいるようです。今回はここまでにして、さらに詳しいスペシャルドリンクの科学は次回ご紹介します。

なるほど！ザ！スポーツ用語辞典

＜※1＞
糖質：
炭水化物とも呼ばれ、タンパク質、脂質などと並び身体に重要な物質である。糖質の一種であるグルコースは筋肉の活動エネルギーとなるATPを生産するために不可欠である。

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