ボール内圧と頚部筋力の関係が示す安全なヘディングスキル

フットボール (サッカー) に特有のスキルは、プレーヤーが意図的に無防備な頭を使ってボールを打つ、意図的ヘディングとして知られるスキルです。ボールとヘッドの衝突は頭蓋骨に線形加速と角加速をもたらし、意図的なヘディングが脳の短期的な微細構造と機能の変化を引き起こすことがわかっています 。プレーヤーが頭でボールを垂直に向け直す回転ヘッダーは、トレーニング セッションや試合の状況でよく使用されるため、特に興味深いものです 。これらのタイプのヘッダーは、短期的な認知障害および電気生理学的障害を引き起こすことが報告されていますが、通常はヘッダー後 24 時間以内に正常化します 。脳における短期的な変化の証拠 にもかかわらず、意図的なヘディングによる反復的な頭部衝撃の累積的および長期的な影響はまだ知られていません。フットボール選手はトレーニング中に日常的に目的を持ったヘディング練習をしており、試合ごとに 6 ～ 12 回ボールにヘディングする可能性があることを考慮すると 、長期的な選手の安全を確保するために繰り返しのヘッドの加速による影響を軽減するのに役立つ戦略を特定するための積極的なアプローチを取る必要があります。

ヘディング時のヘッドの加速に影響を与える要素の 1 つはボール圧力です。現在の国際サッカー評議会 (IFAB)のガイドラインでは、試合中に使用されるフットボールの圧力範囲は 58.6 ～ 107.6 キロ パスカル (kPa) (または 8.5 ～ 15.6 ポンド/平方インチ (psi)) でなければならないと規定されています 。ボールとヘッドの衝突時のヘッドの反動の大きさに影響を与えることが示されています 。計算モデルは、ボール圧力が低いボールは意図的なヘディング時のヘッド加速度の低下につながることを実証しており、人間の参加者での新たな証拠も示されています 。

さらに、頸の強度はヘディング時の頭の加速に影響を与えると考えられているもう 1 つの要素です 。これにより、フットボール選手は頭とボールの接触を予期して頸の筋組織を活性化して有効質量を増加させます 。系統的レビューでは、目的を持って進行する際の等尺性頚部筋力のピーク値が高いことと頭の加速度が低いこととの関係が報告されています。頸の筋力が高いと、頭の動きを制御し、頭と体幹の安定性を高めることで、ボールとヘッドの衝突時に頭が後ろや横に反動するのを防ぐことで、ヘディング時のヘッドの加速を減らすことができると考えられています。

ボールの圧力とネックの強さの両方が修正可能な危険因子であることを考慮すると、これらのデータは将来のヘディングのガイドラインや実践に情報を提供するために使用できる可能性があるため、意図的なヘディング中のヘッドの加速にそれらがどのような影響を与えるかをさらに調査することが重要です。

この研究の主な目的は、実験室環境内でシミュレーションされたヘディング訓練中に、成人サッカー選手が目的を持ってヘディングを行う際の頭部の運動学（ピーク線形加速度とピーク角速度）に対するボールの圧力の影響を判断することです。第 2 の目的は、成人サッカー選手の低圧力および高圧の試合ボールを意図的にヘディングする際の頭の加速に対する最大等尺性首筋力の影響を測定することです。

私たちの仮説は、ボールの圧力が低いと、ヘディング時のヘッドの加速が低下するというものです。また、等尺性頚部をの最大筋力が高いプレーヤーは、ヘディング時の頭の加速度が低くなります。

実験室環境内でのヘディング訓練中の成人サッカー選手の意図的なヘディング時の頭の加速に対するボールの圧力と最大等尺性首筋力の影響を調査しました。
目的を持ったヘディング時のピーク直線ヘッド加速度 (F = 15.2; p= < 0.001) とピーク角ヘッド角速度 (F = 5.71; p= 0.018) の両方の条件間の統計的に有意な差があった。低圧力ボール条件では、高圧ボール条件と比較して、ピーク線加速度が 12 % 減少し、ピーク角速度が 6 % 減少したことが実証されました。さらに、頸部の強さは、目的を持ったヘディング時の頭部の加速を有意に予測しました (p = <0.05)。
これらの発見は、ボールの圧力が低く、頚部の強度が高いと、実験室環境でのヘディング訓練中の成人サッカー選手のヘディング時の頭の加速が低下する可能性があることを示唆しています。

ボールの圧力

ヘディング試行中の成人サッカー選手の意図的なヘディング時のボール圧力の低下とヘッド加速の低下との間に統計的に有意な関係があることを示しています。高圧ボール (103.4 kPa) と比較して、低圧力ボール (58.6 kPa) でヘディングすると、ピーク線形加速度が 12 % 減少し、ピーク角速度が 6 % 減少することが観察されました。この研究の結果は、インフレ圧力が低いとヘッドとボールの衝突時のヘッドの加速が減少すると予測する数学的モデルと一致しています。以前の 2 つの研究では、人間の参加者を使用してボールの圧力とヘッドの加速度の関係を評価しました 。私たちの結果と一致して、これらの研究では、ボール圧力の低下によるヘッド加速の大幅な減少も報告しました。ただし、これらの研究で使用された最低膨張圧力はIFAB の規制範囲を下回っていました 。私たちの研究は、IFABが推奨する最高および最低のボール膨張圧力近くに膨張させた試合用ボールを使用して、目的を持ってヘディングする際のヘッド加速度を比較した最初の研究である。私たちの研究は、ボール圧力を 103.4 kPa (15 psi) から 58.6 kPa (8.5 psi) (IFAB の最大値付近から最小値近くまで) に下げることによって、ヘッドのピーク線形加速度とピーク角速度の大幅な低減が達成できるという証拠を示しています。オージェらは、頭部形状モデルを使用して、ボール圧力を同様に減少させると、ヘッドへのボール衝撃力が 20% 減少することを報告しました。ボール圧力が低いとボールとヘッドの間の接触時間が長くなり、その結果ヘディング中にヘッドが受ける反動の大きさが減少することが示唆されています。私たちの研究は、ボール圧力を低くすることでヘディング時のヘッドの加速を低減できるという以前の文献を裏付けていますが、特に空気圧を下げるとボールの速度が低下する。ボールが遅いとショット速度が低下する可能性がありますが、プレーヤーのコントロールとタッチが向上するという利点がある可能性があります 。これにより、選手のパスとシュートの精度が向上し、得点機会の増加につながる可能性があります 。その結果、より低い圧力のボールを使用することは、プレーヤーがキャリアを通じて経験する累積加速負荷を潜在的に軽減することにより、長期的な怪我のリスクの観点から有益であるだけでなく、ゲームパフォーマンス上の利点ももたらす可能性があります。
サッカーボールが IFAB の許可されたボール圧力範囲の下限にあることを確認することは、トレーニングや試合前に圧力計を使用してボール圧力を測定することで簡単に実行できる戦略です。

頚部の強度

調査結果は、等尺性頚部屈筋のピーク強度と等尺性頚部伸展筋のピーク強度の両方が、ヘディング試行中の成人サッカー選手のヘディング時の頭部のピーク角速度とピーク線形加速度を有意に予測することを示しています。以前の研究では、頚部の強度が高いほど、目的を持ってヘディングする際の頭の加速度が低下することも報告されています。女子サッカー選手は男子サッカー選手と比較して、統計的に有意に頚部の強度が低く、ヘディング時の頭の加速度が高いことを報告した。私たちの研究には女性参加者の数が限られているため、同じ結論を引き出すことはできません。
ただし、頚部の筋が強いサッカー選手は、引張剛性が高く、断面積が大きいことが示唆されています 。これにより、プレーヤーの有効質量が増加します。これは、頭とボールの衝突中にボールの力に対抗できるプレーヤーの質量を指します 。筋力は頭の加速度の修正可能な予測因子であるため、草の根レベルとプロレベルのプレーヤーのヘディング時の頭の運動学に対する頚部のエクササイズの影響について、さらなる研究が推奨されています。これは、男子サッカー選手に比べて頚部筋力が低下しているように見え、ヘディング中に頭部の加速負荷が大きくなるリスクが高い若者や女子サッカー選手にとって特に有益である可能性があります。神経筋のエクササイズが、青年期の男女フットボール選手のヘディングに伴う頭の加速と急性の怪我のリスクを軽減できるという新たな証拠が得られている一方で、成人選手やさまざまなスキルレベルの選手に関するデータは限られている 。この研究の結果は、頚部の強度が高いほどヘディング模擬試験中のヘッド加速度が低いことを示していますが、ヘディング技術の寄与についてはさらなる調査が必要です。体の位置、タイミング、ボールとの接触点などの要素を含むヘディングテクニックは、ヘディング中のヘッドの加速を効果的に軽減することが報告されています。この分野の将来の研究は、ヘディングテクニックの微妙な違いと、ヘディング中のヘッド加速の低減に対するその影響をさらに調査することに焦点を当てるべきである 。

まとめ

制御された実験室環境でのヘディング試行中に、ボール圧力が低く頚部の強度が高いと、成人サッカー選手の目的を持ったヘディング時の頭部の運動学（最大直線加速度および最大角速度）を低下させる可能性があるという証拠を提供する。ボールの圧力がヘッドの加速に及ぼす同様の効果が試合中のシナリオでも観察されるかどうか、またこれが短期および長期の脳損傷リスクに与える影響を調査するには、さらなる研究が必要である。