20240313: 投球障害・肩外転角度・肘外反モーメント・外傷予防
野球投手における肩と肘の外傷予防は重要です。特に、ピッチング動作全体での肩の外旋と外転は、肩と肘の力学に影響を与える重要な運動学的パラメータです。最近の研究では、肩の外旋と外転が投球時の腕の力学にどのように関連しているかについての理解が向上しています。
例えば、アグイナルドとチェンバーズによる研究では、成人の動作解析で最大肩外旋が肘の外反トルクと中程度に相関することが示されました。また、田中らによる研究では、十代の投手では肩の下方向の力が肩の外転角度とともに増加することがわかりました。さらに、松尾らはプロの投手が選択する肩外転角度が、モデルシミュレーションで肘の外反トルクを最小限に抑える角度と高い一致性があることを報告しています。
投手における肩と肘の力学に関する研究はまだ限られており、結果もまちまちですが、これらの研究はピッチング動作における肩の位置と動力学の関係をより詳細に理解するのに役立っています。
これらの関係が最も顕著になるピッチング動作の正確な時間点は定義されておらず、肩外転角度と肘の外反トルクの関連について、足接地時（FC）とボール放出時（BR）での結果が異なることが報告されています。一部の研究者は、肩の外傷リスクがBRで最大になると提案していますが、他の研究者は最大の肩関節ストレスがMERで発生すると主張しています。一方で、いくつかの運動学的研究は、FCの時点を検討しており、プロの投手ではFC時の肩外転が肘の外反トルク予測において有意な変数であることが確立されています。一方で、松尾らは、大学の投手においてBR時の肩外転だけではピークの肘の外反トルクを予測する要因にはならないことを示しています。
これらの運動学的-力学的関係を同じコホート内の複数の時点で比較した研究はほとんどないため、本研究の目的は、FC、MER、およびBR時の肩外転と外旋と投球腕の動力学との関連を明らかにすることでした。私たちは、肩外転角度が90度に近く、ピッチング動作全体で肩外旋を最小限に抑えた投手が肩関節に蓄積される負荷が最も少ないという仮説を立てました。
ピッチング中、肩の外転は比較的一貫しており、FC時には85.5±11.1度、MER時には91.7±8.7度、BR時には90.7±8.4度でした。すべての投手の中で、FC時の肩の外旋は30.9±24.6度であり、MER時には165.2±9.7度まで外旋しました。
Q1（四分割の１）とQ3、Q4と比較して、Q1では肩の上方向の力が低下していることが観察されました（13.8±8.5%BW vs. 18.9±8.1%BW、23.0±7.8%BW）。また、Q2とQ3、Q4との間、およびQ3とQ4との間でも肩の上方向の力が低下していることが観察されました。
MER時の肩外転角度に基づいて投手を検討すると、ボールの速度に差はなく、四分位ごとに肩の上方向の力に有意な差が見られました。Q1では、Q2、Q3、およびQ4に比べて肩の上方向の力が低下していることが観察されました（12.6±8.6 vs. 16.5±7.3 vs. 18.9±7.8 vs. 22.8±8.2%BW）。ただし、Q3とQ4の間には差がありませんでした。FC時の肩の外旋が減少している投手では、肩の前方向の力だけが有意に減少していることが観察され、Q1、Q2、Q3とQ4を比較すると（それぞれ40.7±7.3、41.5±7.9、40.9±6.5 vs. 45.6±7.0%BW）、Q1、Q2、Q3においてQ4と比較して肩の前方向の力が有意に低下していました。
MERが大きい投手は、最も外旋が少ない投手と比較して有意にボールの速度が大きかったです。Q1は、Q3とQ4と比較して有意にボールの速度が遅かったです（それぞれ37.7±1.9 vs. 38.5±1.9、38.7±1.7 m/s）。Q1とQ3、Q4との間、およびQ2とQ4の間で、肩の分離力が減少していることが観察されました。また、Q1とQ4の間で肩の上方向の力が減少していることが観察されました。Q2とQ3、およびQ3とQ4の間でも肩の上方向の力が減少していることが観察されました。
MERが大きい投手は、最も外旋が少ない投手と比較して有意にボールの速度が大きかったです。Q1は、Q3とQ4と比較して有意にボールの速度が遅かったです（それぞれ37.7±1.9 vs. 38.5±1.9、38.7±1.7 m/s）。肩の分離力は、Q1とQ3、Q4（それぞれ110.0±16.8 vs. 115.7±14.5、121.2±16.8%BW）とQ2とQ4の間で減少していることが観察されました。また、肩の上方向の力は、Q1とQ4の間で減少していることが観察されました（15.4±8.2 vs. 21.2±8.2%BW）。また、Q2とQ3、およびQ3とQ4の間でも肩の上方向の力が減少していることが観察されました。
肩の外転と肩外転角度による四分位ごとの分析から有意差が得られた運動学的およびボール速度の値は、回帰相関係数で解析されました。FC時の肩の外転が10度増加するごとに、肩の上方向の力が2.6％BW増加します。BR時の肩の外転が10度増加するごとに、肩の上方向の力が3.7％BW増加し、肩の分離力が11.7％BW増加します。FC時の肩の外旋が10度増加するごとに、肩の前方向の力が0.7％BW増加します。MERが10度増加するごとに、肩の上方向の力が2.3％BW増加し、肩の分離力が5.9％BW増加し、ボールの速度が0.6 m/s（1.3 mile/h）増加します。
ピッチング動作中に肩の外転角度が増加する投手やMERが増加する投手は、肩の上方向の力が大きくなりました。最も顕著な結果はBR時に観察されました。肩の外転角度が10度増加するごとに、肩の上方向の力が3.7％BW増加し（80kgの投手で30N）、これはすべての投手の平均ピーク上方向力の約20％の増加に相当します。この肩の外転運動は、早期のコッキング段階で主に三角筋中部によって達成されますが、棘上筋は上腕頭の位置を肩甲窩内で微調整します。
Itoiらは、烏口上腕靭帯（CHL）の欠損がある死体の肩関節において、外旋の53度で上下方向に負荷を加えた場合に、有意に増加した移動が観察されたことを示しました。中程度から極端な外旋のピッチング動作におけるこの移動性を考慮すると、ピーク時の肩の上方向力が増加すると、CHLや腱板を疲労させ、これらの構造を反復的な微小損傷によるリスクに晒す可能性があります。CHLは腕の外旋を制限することがよく知られており、MERで最大の張力が観察され、下方向への上腕頭の移動を防ぎます。したがって、繰り返し高いMERと肩外転を示す投手の筋膜やCHLの損傷の評価は、さらなる調査の価値があるかもしれません。
これらの比較は、前述の研究が死体に基づくものであることを考慮すると、直接的には翻訳できないことに留意すべきです。
筋肉の収縮とともに、二次的な安定化作用を果たす腱板構造や肩峰構造は存在しませんでした。通常、棘上筋は圧縮力を提供し、上腕骨頭と関節窩との適合性を保持します。しかし、MERでは、この構造が後方に回転し、その代わりに棘下筋が補償します。棘下筋は、上腕骨頭の前壁の上部に圧縮力と支持を提供し、上腕頭の上方移動に対する関節を保護します。MERで遭遇する上部の力を大部分減衰させることで、棘下筋はピッチング動作中のMERと肩外転の増加に伴う慢性過負荷で理論的に外傷のリスクに晒される可能性もあります。
BR時には、MERと肩外転角度が高い投手では引き離す力が増加しました。BR時の肩外転角度が10度増加するごとに、肩を引き離す力が11.7％BW増加し、すべての投手によって達成されるピークの引き離す力の10％に相当します。引き離す力に対する抵抗の手段には、腱板筋の収縮と上腕二頭筋の長頭が含まれます。これらは、上腕骨を関節窩に圧着することで肩関節で横方向のせん断力を生じます。この収縮による上腕二頭筋腱の起始部にかかる圧着力は、実際に肩が徐々に外転するにつれて悪化する可能性があります。これは、ピッチング中の肩の損傷リスクに影響し、関節唇損傷、二頭筋腱炎、および腱板損傷の発症につながる可能性があります。
肩の回転角度がFCでどの程度であるかは、野球のコーチングコミュニティで依然として議論されています。一般的には、FCでの「早い」（つまり、肩の回転が過度に進んでいる）または「遅い」（つまり、肩の外旋または内旋がない）状態は、肩と肘の運動学の増加やボールの速度に悪影響を与える可能性があります。ピッチャーの肩がFCで内旋状態にある「逆W」は、すべてのレベルのピッチャーにけがを引き起こす可能性があるという口承的な主張がありますが、これらの主張を裏付ける研究はありませんでした。現在の研究では、FC時の肩の外旋角度と肩の内旋トルクまたは肘の外反トルクとの間に関連性が見られませんでした。肩の回転のタイミングや回転速度が投球腕の運動学や負傷に影響を与える可能性はありますが、これらの時間的パラメータは現在の研究では分析されていません。投球時の腕の回転のタイミング、逆Wの姿勢、およびそれらが投球腕の運動学との関係を評価するために、さらなる調査が必要です。
以前の研究では、肩外転の90度の位置が肩の機能的安定性を最大化し、それによってボールの速度も最大化すると推測されています。しかし、私たちの結果では、FC、MER、およびBRでこの肩外転角度に近い四分位の投手は、他の四分位と比較してボールの速度に有意な違いはありませんでした。これは、若年層および成人集団で確認された結果と一致しています。MERがボールの速度と正の関係を示すことがわかりましたが、これは以前から支持されていた結果です。現在の研究では、MERが10度増加するごとに、ボールの速度が0.6 m/s（1.3 mile/h）増加することがわかりました。アームのコッキングフェーズ中のレイバックが増加するにつれて、より多くの弾性エネルギーとストレッチが生成され、最終的には次の加速フェーズ中にボールにかかる加速力を最大限に高めるために利用されます。
以前の研究では、成人の投手において、肩外転角度がFCやBRで特定の範囲にあると、肘の外反トルクが最小限に抑えられると示唆されてきましたが、本研究ではいずれの時点でも肘の外反トルクに有意な差は得られませんでした。松尾らは、BR時に肩外転100度と対側体幹の傾斜10度を提案して、肘の外反トルクを最小限にすると述べました。一方、Wernerらは、FC時に肩の外転をより一般的に最小限にすることを示唆しましたが、特定の範囲を明確にしませんでした。肘の外反トルク以外の力学を評価する際、田中らは日本の十代の投手で、肩の上下方向の剪断力がBR時に肩外転80.6度で最小限になり、ボールの速度に変化はないことを示しました。この肩外転角度は、我々の研究と一致し、最も小さい肩の上方向の力も最も小さい四分位と対応しています。ピーク値が常に事前に定義された時間点と一致しないことを考慮すると、肩がFC、MER、BRで耐える力よりもピークの力学を調査する方が、怪我のリスクに対する臨床的な関連性が高いと考えています。
BR時の肩外転角度とMER時の肩外旋角度が増加するプロの野球投手は、肩の上方向および引き離す力が増加し、肩の怪我のリスクが増加する可能性があります。投手は、肩の上方向の力を最小限に抑えるために、ピッチング動作の後半段階で肩外転角度を約80度に減らすことを考慮できます。これにより、ボールの速度に影響を与えずに、肩の怪我のリスクを軽減できます。
ボールリリース時の肩の外転の増加と最大肩外旋の増加は、肩の上方および引き離す力の増大と関連していました。投手は、肩の上方力を最小限に抑えるために、投球の後半段階で肩の外転を約80度に減らすことを検討できます。これにより、ボールの速度に影響を与えることなく、肩の負担を軽減できます。