NSCA-CSCS「機能解剖・バイオメカニクス」一問一答(全26問)

正解：a. 第1のてこ

支点が力点と荷重点の間にあるのは第1のてこで、首の伸展(環椎後頭関節)などが代表例である。第2のてこは荷重点が中央(立ち上がりのつま先立ち)、第3のてこは力点が中央で、人体の多くの骨格筋系がこれに該当する。

正解：b. 可動範囲と運動速度では有利だが筋は荷重より大きな力を出す必要がある

第3のてこは力のモーメントアーム(支点から力点まで)が抵抗のモーメントアームより短いため、筋は抵抗より大きな力を発揮する必要があり力学的には不利である。一方で、筋のわずかな短縮で大きな関節可動域と高い末端速度が得られるという速度・可動域上の利点がある。

正解：a. 力 × モーメントアーム(回転軸から力の作用線までの垂直距離)

トルクは力の大きさと、回転軸から力の作用線までの垂直距離(モーメントアーム)の積で決まる。同じ力でもモーメントアームが長いほどトルクは大きくなり、関節まわりの筋トルクや外的負荷の評価に用いられる。

正解：b. 前腕が水平になり重力ベクトルに対するモーメントアームが最大になるから

外的トルクは荷重(重力)とそのモーメントアームの積で、重力は常に鉛直下向きである。肘90度で前腕が水平になるとき、回転軸からダンベルの作用線までの垂直距離(モーメントアーム)が最大となり、外的トルクが最大化する。

正解：b. 短縮速度が速いほど発揮できる力は小さくなる

短縮性収縮では、収縮速度が速くなるほど発揮できる力は小さくなる(力-速度関係)。これはクロスブリッジが結合・力発揮できる時間が短くなるためで、最大筋力は速度がゼロに近い(等尺性に近い)ほど高くなる。

正解：b. 伸張性のほうが大きい

同じ速度域で比較すると、伸張性収縮では短縮性収縮や等尺性収縮よりも大きな張力を発揮できる。これは受動的要素や付着したクロスブリッジへの負荷分担などが関与するためで、エキセントリック局面で扱える負荷が大きいことの一因となる。

正解：a. 同じ筋容積あたりの生理学的横断面積が大きく大きな力を発揮しやすい

羽状筋は線維が腱に対して斜めに配列されるため、同じ筋容積でも生理学的横断面積(PCSA)を大きくでき、より大きな力を発揮しやすい。一方で個々の線維が短いため、紡錘状筋に比べて短縮量(可動域)や収縮速度の点では不利になりやすい。

正解：b. 重心位置を低くし支持基底面を広くする

安定性は、支持基底面が広いほど、重心の位置が低いほど、また重心の鉛直投影が支持基底面の中央に近いほど、そして質量が大きいほど高くなる。スクワット時に足幅を広げ重心を下げると安定するのはこのためである。

正解：a. 質量が回転軸から遠いほど大きくなる

慣性モーメントは質量とその回転軸からの距離の2乗に依存し、質量が軸から遠いほど大きく(回しにくく)なる。回転動作で四肢を体幹に引きつけると慣性モーメントが小さくなり角速度が増す(角運動量保存)現象に応用される。

正解：c. ニュートンの第3法則(作用・反作用の法則)

地面を押す力(作用)に対して地面が同じ大きさで逆向きに押し返す力(反作用)が床反力であり、ニュートンの第3法則に基づく。ジャンプや走行の推進力は、この床反力を介して身体に作用する外力として扱われる。

正解：b. 膝の前方への移動量や屈曲角度により外的モーメントアームと関節負荷が変化する

スクワットの下降に伴い膝屈曲角が大きくなると、抵抗(体重+バー)に対する膝関節のモーメントアームが変化し、伸展筋群が発揮すべきトルクと関節にかかる力が変わる。膝の前方移動や深さ、負荷の大きさが膝の圧縮・剪断力に影響する。

正解：b. 筋の長さ-張力関係とモーメントアームの変化により可動域の中間付近で最大トルクとなることが多い

発揮できる関節トルクは、筋の長さ-張力関係(至適長付近で張力最大)と、関節角度によって変化するモーメントアームの両方に依存する。その結果、多くの単関節運動では可動域の中間付近でトルクが最大となる強度曲線(ストレングスカーブ)を示すことが多い。

正解：c. 約7.5倍

回転を維持するには筋トルクと負荷トルクが等しくなる必要があり、力 = 負荷 × (負荷モーメントアーム / 筋モーメントアーム) = 負荷 × (30/4) = 7.5倍となる。第3のテコ(力点が支点と作用点の間)では筋の作用線が短いため、外的負荷より大きな筋力が要求される。

正解：a. 力では不利だが、四肢末端の運動範囲と速度で有利になる

第3のテコは力点(筋付着部)が支点と抵抗点の間にあり、力のモーメントアームが抵抗のモーメントアームより短いため機械的有利率は1未満となる。力では不利だが、わずかな筋の短縮で末端が大きく速く動くため、四肢の高速運動に適している。

正解：b. 短縮速度が速いほど発揮できる力は小さくなる

短縮性収縮では収縮速度が増すほど発揮張力は減少し、最大筋力は速度ゼロ(等尺性)付近で得られる。これはアクチン-ミオシンのクロスブリッジ形成が高速では追いつかないためで、パワー(力×速度)は中間速度で最大となる。

正解：c. 大きくなる

伸張性収縮では筋が外力で引き伸ばされながら張力を出すため、付着したクロスブリッジへの機械的負荷と受動的要素の寄与により、最大等尺性張力を上回る張力(おおむね1.3倍前後)を発揮できる。これがエキセントリックトレーニングで高負荷を扱える力学的根拠である。

正解：a. 関節に作用する外的トルクが増し、伸展筋群の必要トルクが増大する

関節トルク = 外力(体重・バーベル)× その関節中心からの水平距離(モーメントアーム)で決まる。深くしゃがむと荷重線と関節の水平距離が増し外的トルクが大きくなるため、それに抗する伸展筋群はより大きなトルクを発揮しなければならない。

正解：a. 空中では外的トルクがほぼ働かないため角運動量は保存され、慣性モーメントを小さくすると角速度が増す

空中では重力以外の外的トルクがほぼ作用しないため角運動量(= 慣性モーメント × 角速度)は保存される。身体を丸めて慣性モーメントを小さくすると、積が一定に保たれるよう角速度が増し回転が速くなる(逆に伸ばすと遅くなる)。

正解：b. 発揮する力と作用時間の積(力積)を最大化すること

力積(力×作用時間)は運動量変化(質量×速度変化)に等しいため、離地時の速度を高めるには力積を最大化する必要がある。踏切は接地時間が短いため、短時間に大きな力を発揮して力積を稼ぐことが跳躍速度の決定要因となる。

正解：a. 大きく重い近位セグメントから先に加速し、エネルギーを遠位の軽い末端へ伝えて末端速度を最大化する

投擲やスイングでは体幹・股関節など大きな近位セグメントを先に加速し、その運動量・エネルギーを順に遠位の軽いセグメント(前腕・手)へ伝達することで、末端速度を段階的に積み上げて最大化する。これが鞭のような加速(サミング)を生む。

正解：b. おおむね屈曲50〜70度付近の中間域

関節トルクは筋力と膝伸展機構のモーメントアーム(膝蓋骨の作用を含む)の積で決まり、両者の関係から多くの研究で中間屈曲域(おおむね50〜70度付近)でピークトルクが現れる。完全伸展位や深屈曲位ではモーメントアームや筋長の条件が不利になりトルクが低下する。

正解：c. サルコメアが至適長(おおむね安静長付近)でフィラメント重なりが最適なとき

能動張力はアクチンとミオシンのクロスブリッジ形成可能な重なり量に依存し、サルコメアが至適長(安静長付近)で重なりが最適なとき最大となる。短すぎるとフィラメントが干渉し、長すぎると重なりが減るため、いずれも能動張力は低下する。

正解：a. その関節角度で外的トルクに対し筋が発揮できるトルク(筋力×モーメントアーム)が相対的に最小になるため

挙上中の各角度で必要な関節トルクと、筋の長さ-張力関係およびモーメントアームから決まる発揮可能トルクの比が変動する。両者の関係上、発揮可能トルクが外的要求に対して相対的に最小になる角度が最も挙上困難なスティッキングポイントとなる。

正解：a. 屈曲モーメントが生じ、大腿四頭筋(伸展筋)が遠心性に抗する

地面反力ベクトルが膝関節中心の後方を通れば、その作用線と関節中心の距離(モーメントアーム)により膝を屈曲させる外的モーメントが生じる。これに抗して膝崩れを防ぐため大腿四頭筋が遠心性に働き、伸展トルクで荷重を受け止める。

正解：b. 減少する

等速性短縮性収縮でも筋の力-速度関係が支配し、設定角速度が高いほど発揮できる筋力(=トルク)は減少する。このため低速設定ほど大きなピークトルクが計測され、リハや筋力評価では速度設定が結果解釈に直結する。

正解：a. バーと股関節・脊柱の水平距離(モーメントアーム)を短くし、腰部に生じる外的トルクを減らすため

腰部や股関節に生じる外的トルクは、バーベル重量とその関節中心からの水平距離(モーメントアーム)の積で決まる。バーを身体に近づけるほどモーメントアームが短縮し同じ重量でも腰部トルクと脊柱への負荷が減るため、安全かつ効率的に挙上できる。