Wearable inertial sensor assessment of kinematic adaptations during unilateral jump landings in elite volleyball players with patellar tendinopathy

人間の体を、マウンテンバイクやレーシングカーに搭載されている洗練されたショックアブソーバーのような、高性能なサスペンションシステムとして想像してみてください。段差に乗り上げたとき、それらのショックは衝撃を吸収するために圧縮され、ライダーがシートから跳ね飛ばされないようにエネルギーを吸収するはずです。常に空中に飛び出し、再び地面に激突するバレーボールのようなスポーツにおいて、選手たちの脚はこれら不可欠なショックアブソーバーとして機能します。「膝蓋腱（しつがいけん）」はこのシステムの極めて重要な一部です。それは膝蓋骨と脛骨をつなぐ、強靭でロープのようなバンドであり、エネルギーを蓄積して放出するスプリングのように機能します。しかし、休息なしに何度も引き伸ばされたゴムバンドのように、この腱も炎症を起こして怒ってしまうことがあり、それがアスリートの間で「ジャンパー膝」と呼ばれる状態です。科学者たちは長年、ある疑問を抱いてきました。プレイヤーの膝が痛むとき、彼らはそれを守るために着地の「仕方」を変えているのだろうか？ 板のように硬くなってしまうのか、それとも衝撃を和らげるためにより深く曲がるのだろうか？ このような動きの変化を察知できれば、怪我が発生する前に食い止めることができ、アスリートをより長く競技に留めておくことができるため、この理解は非常に重要です。

この研究はそのまさにその謎に深く切り込んでいますが、一つひねりがあります。研究者たちは、選手たちが両足でジャンプする様子を観察する代わりに、片足だけでジャンプする様子を観察しました。彼らは、パテラ・テンディノパシー（膝蓋腱炎）を持つエリート・バレーボール選手が、もう一方の脚を使って「ズル」をできない状況において、健康な選手とは異なる動きをするのかどうかを確認したかったのです。これを行うために、彼らはラボにある巨大で高価なカメラを使用するのではなく、8つの小さなウェアラブル・モーションセンサー（IMUと呼ばれるもの）を選手たちの体に装着しました。これらのセンサーは、ジャンプのあらゆる回転、旋回、そして衝撃を記録する小さなブラックボックスのようなものであり、チームがコート上でリアルタイムに着地のメカニクスを観察することを可能にします。

研究者たちは、私たちがこれまで知っていたことを覆すような驚くべき発見をしました。過去の二足ジャンプに関する研究では、膝に痛みがある選手は、クッションのように機能させて衝撃を軽減するために、膝をより深く曲げる傾向があることが示唆されていました。しかし、これらの選手が片足でジャンプしたとき、彼らはそれとは正反対の動きを見せたのです。パテラ・テンディノパシーを持つ選手は、健康な選手よりも膝をほとんど曲げず、非常に直線的な状態で着地しました。それはまるで、衝撃を吸収するためにサスペンションを圧縮する代わりに、ショックアブソーバーを硬く固定した状態のように見えました。

具体的には、データは、負傷した選手たちがはるかに小さい「可動域」しか持たないこと、つまり健康なグループよりも膝や足首をあまり曲げなかったことを示していました。着地の際、彼らの膝の角度は非常に小さく、最大屈曲に達するタイミングも、その深さも、より早く、より浅くなっていました。これは、静止状態からのジャンプであれ、ボックスからのドロップジャンプであれ、さまざまな種類のジャンプにおいて共通して見られました。一方で、健康な選手たちは、関節をスプリングのように使い、深く曲がることで衝撃を吸収していました。負傷した選手たちは、痛む腱を過度に引き伸ばすことを避けようとしているようで、その結果、「硬い」着地戦略を採用していたのです。しかし、この戦略には代償が伴いました。なぜなら、十分に曲がって衝撃を吸収しなかったため、衝撃は別の形で依然として彼らに強く襲いかかるからです。

研究は、選手たちの対称性についても調査しました。負傷した選手は片方の膝に痛みがあるため、その脚をかばっている可能性があるからです。研究者たちは、負傷した選手が確かに非対称であることを発見しました。悪い方の膝は、良い方の膝よりも大幅に曲がり方が少なく、また両方の膝とも健康な選手たちの膝より硬くなっていました。興味深いことに、着地の実際の力（地面にどれだけ強く当たったか）は、両方のグループでほぼ同じでした。このことは、負傷した選手たちが、力の面では「柔らかく」着地していたのではなく、単に動きの面で「硬く」着地していたことを示唆しています。

著者たちは、この研究が「ある一時点の切り抜き」であることに注意を払っています。彼らは、膝に痛みがある選手が硬く着地することを示すことはできますが、硬い着地が痛みの「原因」であるのか、あるいは痛みが硬い着地の「原因」であるのかを証明することはできません。それは、パンクしたタイヤでゆっくりと走行している車を見るようなものです。ゆっくり走っていることがパンクの原因なのか、それともパンクのせいでゆっくり走らざるを得ないのかは分かりません。しかし、今回の知見は、アスリートが痛みを感じているとき、たとえその新しいパターンが必ずしも最も安全な着地方法ではないとしても、自身の動きのパターンを変えてしまうということを強く示唆しています。

研究チームは、この実験に30人のエリート男性バレーボール選手を使用しました。そのうち10人は、特定の質問票スコア（VISA-P）が80以下であり、かつ特定のスクワットテスト中に痛みが生じることで確認された、パテラ・テンディノパシーを持つ選手たちでした。残りの20人は、健康な対照群です。彼らは片足ジャンプを行い、センサーは毎秒100回の頻度でデータを記録しました。結果は明白でした。負傷したグループは、接地時、ジャンプの力のピーク時、および最大屈曲時において、有意に低い膝屈曲角度を示しました。例えば、ある種類のジャンプにおいて、健康なグループは平均62.4度の角度まで膝を曲げましたが、負傷したグループはわずか46.6度までしか曲げませんでした。これは、いわゆる「ショックアブソーバー」が圧縮を許容される度合いにおいて、極めて大きな差です。

要約すると、この論文は、エリート・バレーボール選手が「ジャンパー膝」を患っているとき、彼らはより深く曲がることで着地を柔らかくするのではなく、曲がる量を減らすことで「硬く」なることを示唆しています。この「硬い」戦略は、痛む腱を引き伸ばすのを避けるための手段であるようですが、重い衝撃を処理するには最適の方法ではないかもしれません。この研究は、ウェアラブルセンサーが、アスリートの動きにおける微妙で危険な変化を察知するための優れたツールであることを強調しており、巨大なカメラを備えたラボを必要としない、怪我の予防に対する新しい視点を提供しています。これは、私たちが痛みを感じているとき、私たちの体は自分を守ろうとして、時には問題をさらに悪化させるような方法をとってしまうことがある、ということを思い出させてくれます。