研究記事

神経筋電気刺激プライミングがバレーボールのスパイクパフォーマンスおよび三次元キネマティクスに及ぼす急性影響

132 回視聴

⸱

DOI:

10.3791/72492

⸱

2026年9月3日

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Physical Education College, Jimei University, 2Xiamen Yixue Sports and Technology Co., Ltd, 3Taicang Experimental Senior High School, 4College of P.E and Sports, Beijing Normal University, 5Physical Education Department, Xiangtan University, 6Physical Education College, Zhengzhou University of Industrial Technology

* These authors contributed equally

この記事について

サマリー

本研究では、男子大学生バレーボール選手を対象に、神経筋電気刺激（NMES）によるプライミングがバレーボールのスパイクパフォーマンスおよび3次元運動学に及ぼす急性影響を検討した。時間的一致させた対照群と比較して、NMESコンディショニング群では、ボール速度の向上、ならびに下肢関節角度、分節速度、および肩・股関節分離角において、フェーズ特異的な差異が認められた。

要約

バレーボールのスパイキングは、上肢、体幹、および下肢にわたる協調的な力の生成と伝達を必要とする複雑な爆発的スキルです。神経筋電気刺激（NMES）は、神経筋活性化を高めるためのプレコンディショニング戦略として提案されていますが、バレーボールのスパイクにおける局面特異的なキネマティクスへの急性効果はまだ明らかになっていません。本研究では、男子大学生バレーボール選手を対象に、NMESプライミングがスパイクパフォーマンスおよび三次元キネマティクスに及ぼす急性効果を調査しました。30名の参加者を、NMESコンディショニング群（n = 15）または対照群（n = 15）にランダムに割り当てました。すべての参加者がベースラインのスパイク評価を行い、72時間後に2回目の評価を行いました。2回目の評価の直前に、NMES群は三角筋、上腕二頭筋、上腕三頭筋を含む上肢筋、体幹筋としての外腹斜筋、および下肢筋としての外側広筋に30分間の刺激を受けました。対照群は、NMESなしで同様の時間設定の評価を行いました。三次元キネマティクスデータは、同期化した4台のカメラによる三次元動作解析システムを用いて収集されました。主要な解析では、2回目の評価における群間のパフォーマンスおよびキネマティクス変数を比較しました。対照群と比較して、NMES群はボール速度が大きく、両足接地時の膝関節および足関節角度が小さく、両足離地時の股関節、膝関節、および足関節角度が大きく、大腿、下腿、および足部の分節速度が高いことが示されました。また、NMES群は両足離地時およびボール接触時における肩-股関節の分離角度が小さいことも示されました。これらの知見は、上肢、体幹、および下肢筋に適用された急性のNMESプライミングが、バレーボールのスパイキング中の局面特異的な関節構成、下肢分節速度、およびボール速度に影響を与える可能性を示唆しています。したがって、隠蔽化された割り付け、盲検化された評価、および直接的な群×時間解析を用いたさらなる研究が必要ですが、NMESはパフォーマンス前の神経筋活性化戦略として有用である可能性があります。

概要

バレーボールは爆発的なパワーとコーディネーションに大きく依存する競技スポーツであり、スパイクは得点するための最も重要な手段の一つです1。この技術的な動作は、アスリートの筋出力能力、動作タイミングの制御、および神経筋制御能力に高い要求を課します2。成功するスパイクは、助走、踏み切り、空中での打撃という3つの主要な段階で構成されています。これらの段階における効果的なパフォーマンスは、協調的な力の生成と、キネティックチェーンの各セグメントを通じた効率的なエネルギー伝達に依存します3。先行研究では、股関節・膝関節・足関節の三伸展、体幹の安定性、およびボールを打撃する瞬間の上肢関節角度と速度が、すべてスパイクのパフォーマンスに影響を与える重要な要因であることが示されています4。

競技中や高強度のトレーニングにおいて、アスリートはしばしば神経駆動の不足や動作の事前活性化の不備に直面し、それがキネティックチェーンの協調性低下や筋力低下を招き、総合的な運動パフォーマンスに影響を及ぼします5。NMESは、これらの課題を解決する非侵襲的な神経活性化技術であり、近年スポーツ科学の分野で大きな注目を集めています6。研究により、NMESは外部電流を通じて標的筋群を刺激し、脊髄運動ニューロンの興奮性と速筋線維の動員効率を高めることで、筋力出力と運動制御能力を向上させることが示されています7,8。NMESはリハビリテーションや筋力強化などの長期的なトレーニング戦略に広く利用されてきましたが、競技スポーツの現場における単発的かつ即時的な適用については、十分な検証が行われていません9。バレーボールのようなスポーツは、正確なタイミングと統合された動作に大きく依存していますが、運動学的指標に基づいたスパイクの3段階（助走、踏切、空中打撃）に対するNMESの影響に関する実証的研究は稀です10。バレーボールのスパイクジャンプは、急速な伸張-短縮サイクル（stretch–shortening cycle）を特徴としています。最終アプローチおよび両足接地時に、股関節、膝関節、足関節が屈曲することで下肢筋がエキセントリック負荷を受けます。それに続き、踏切時には急速なコンセントリック動作と協調的なトリプルエクステンションが起こります。これらエキセントリック動作からコンセントリック動作への効果的な移行が、スパイク時の垂直方向への力積の生成と踏切パフォーマンスに寄与します。

スポーツにおける従来のNMES研究は、主にリハビリテーション、単独の筋肉強化、または全般的な神経筋パフォーマンスに焦点を当ててきましたが、複雑な種目特有のスキルへの直接的な応用については、まだ十分に解明されていません。また、既存のバレーボールのバイオメカニクス研究は、主にスパイク技術、関節運動、またはアームスイングのパターンを特徴づけたものであり、多領域のNMESコンディショニングによる急性効果を直接的に検証したものはほとんどありません。そこで本研究では、上肢、体幹、および下肢の筋肉に適用した1回のNMESセッションが、バレーボールのスパイクパフォーマンスおよびフェーズ特異的な三次元キネマティクスに影響を及ぼすかどうかを調査しました。本研究のメソッド上の寄与は、ランダム化・時間一致対照デザインを用いて、助走、両足接地、踏み切り、および空中でのボール接触の各イベントにおける身体セグメントの動きとボール速度を同期して分析した点にあります。このアプローチは、急性神経筋コンディショニング介入をスパイクシーケンス全体の運動特性と結びつけることで、従来のバレーボールのキネマティクス分析を拡張するものです。

プロトコル

参加者および適格基準

本研究プロトコルは、集美大学の学術倫理委員会（承認番号：JD02RS02406）によって承認され、ヘルシンキ宣言に準拠して実施されました。登録前に、すべての参加者に対して研究目的、実験手順、潜在的なリスク、および不利益なくいつでも研究から辞退できる権利について詳細な説明を行いました。研究に関連するあらゆる手順を開始する前に、すべての参加者から書面によるインフォームドコンセントを得ました。 ある総合大学のバレーボール選択科目において、講義内での告知を通じて、バレーボールのトレーニング経験がある健康な男子大学生30名を募集しました。登録前に、潜在的な参加者は健康状態および負傷歴に関するアンケートに回答しました。参加資格は、(1) 男子大学生であること、(2) 正式なバレーボールトレーニングを完了していること、(3) バレーボールのスパイク技術において安定した熟練度を示していること、(4) 競技レベルまたは組織的なバレーボール経験があること、(5) テスト手順を安全に完了できること、と定義しました。スパイクパフォーマンスに影響を及ぼす可能性のある現在の筋骨格系の痛みや負傷がある方、上肢、下肢、または体幹に関わる最近の手術歴がある方、神経学的または心血管系の疾患がある方、あるいはNMESの禁忌事項に該当する方は除外しました。参加者の平均年齢、身長、体重は、それぞれ 20.2 ± 1.15 歳、182.1 ± 3.17 cm、70.6 ± 8.34 kg でした。メーカー、モデル名、またはカタログ番号を含む、本研究で使用した装置および材料の詳細は、材料表（Table of Materials）に記載されています。

ランダム化、割付の隠蔽化、および盲検化

ベースライン評価の完了後、適格な参加者を単純な抽選法を用いて、NMESコンディショニング群または対照群に1:1の比率でランダムに割り当てた。「NMES」と記載されたカード15枚と「Control」と記載されたカード15枚の、計30枚の同一の折り畳みカードを不透明な容器に入れ、参加者が個別に抽出した。カードを引いた直後に群ラベルが判明するため、正式な割付隠蔽手順は用いなかった。NMES介入は容易に識別可能であったため、参加者および介入を実施するスタッフに群割り当てを盲検化することはできなかった。モーションキャプチャ、マーカー追跡、およびアウトカム評価を担当した評価者についても、介入条件を盲検化しなかった。割付隠蔽および評価者の盲検化が行われなかったことは、方法論的な限界として認めている。参加者はNMESコンディショニング群（n = 15）または対照群（n = 15）に割り当てられた。独立標本t検定の結果、ベースラインにおける年齢、身長、体重、またはBMIにおいて、群間に有意な差は認められなかった（すべてp > 0.05）。

実験計画

本研究では、ランダム化並行群間2回評価対照デザインを用いた。すべての参加者は、ベースラインのスパイク評価と、その72時間後の2回目の評価を受けた。この72時間の間、参加者は組織的なトレーニング、激しい運動、およびその他の高強度身体活動を避けるよう指示された。2回目の評価の直前に、NMESコンディショニング群の参加者は30分間のNMES介入を受けた。対照群の参加者はNMES介入を受けず、同様の時間的条件で2回目の評価を完了した。Table 1に報告されている値は、2回目の評価中に得られたものである。したがって、NMES群の値はNMES直後に得られた測定値を表し、対照群の値はNMESなしで2回目の評価中に得られた測定値を表している。Table 1には、ベースライン値や前後比較の変化量は示されていない。

実験設定および装置

テストは屋内バレーボールコートで実施された。使用した装置は、同期LEDシグナルライト、3次元動作解析システム、2.0 m x 1.5 m x 2.0 mの3次元キャリブレーションフレーム（図 1A）、高速カメラ4台、周波数変調パルス治療器5台（図 1B）、および標準的なバレーボールである。4台のカメラは、ポジション4のアタッキングゾーン付近にあるキャリブレーション済みのキャプチャボリュームの周囲に配置された。ビデオは解像度1920 x 1080ピクセル、サンプリング周波数180 Hz、シャッタースピード1/1000 sで記録された。グローバルx軸は左右方向を、y軸はスパイクアプローチ方向を、z軸は垂直方向を表した。テスト前に、参加者は軽いランニング、下肢および上肢のダイナミックストレッチング、ペアでのパス、セッティング、守備動作、および最大下強度のスパイク練習からなる、標準化された20分間のウォーミングアップを行った。

戦略分析用の番号付きポジションが配置されたバレーボールコートのセットアップ(A)および選手の動作ダイアグラム(B)。
図 1: バレーボールのスパイクテストのための実験セットアップ。(A) 三次元キャリブレーションフレーム (2.0 m × 1.5 m × 2.0 m)。(B) 三次元動作キャプチャ用の4台のカメラ配置。この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。

スパイク試験の標準化

ポジション4の踏切エリアから3 m後ろに、マークした開始位置を設けた。両方の評価において、すべてのアタックセットは同一の経験豊富なセッターがポジション3から行った。各参加者が同一のアプローチおよびスパイク技術を使用できるよう、セッターにはネット上の一定の高さと位置にボールを供給するよう指示した。相手コート内には3 m x 3 mのターゲットエリアをマークした。有効な試行は、以下の条件を満たすものと定義した：(1) 参加者がマークされた開始位置からスタートしたこと、(2) 規定のアプローチ、両脚踏切、および空中での打撃シーケンスが完了したこと、(3) ボールをクリーンに捉えたこと、(4) ボールがあらかじめ定義されたターゲットエリア内に着地したこと、(5) 関連する分析期間中、解剖学的マーカーおよびボールマーカーが視認可能であったこと。各参加者は2回の慣らし試行を行い、その後、3回の有効な試行が得られるまで記録試行を行った。試行間には60 sの受動的休息時間を設けた。

セットが不適切であった場合、参加者が規定の手順を変更した場合、参加者がボールをクリーンに捉えられなかった場合、ボールが定義済みのターゲットエリア外に着地した場合、またはマーカーの視認性が不十分であった場合は、その試行を無効とした。無効な試行は除外され、3回の有効な試行が記録されるまで繰り返した。3回の有効な試行のうち、最もパフォーマンスが良かった試行をキネマティクスおよびパフォーマンス分析のために選択した。同一の試行選択手順を、両方のグループおよび両方の評価時に適用した。

NMES介入および刺激筋群

NMES介入は、5台の周波数変調パルス治療装置を用いて30分間実施した。NMESは、上肢、体幹、および下肢の筋肉に適用した。刺激した上肢筋肉は三角筋、上腕二頭筋、および上腕三頭筋とした。刺激した体幹筋肉は外腹斜筋とし、刺激した下肢筋肉は外側広筋とした。自己粘着性電極を、解剖学的指標および装置メーカーの指示に従って筋腹上に配置した。刺激強度は、痛みや耐え難い不快感を伴わずに、明確に視認できる筋収縮が生じるまで徐々に増加させた。記録された平均出力値は、三角筋で35.73 W、上腕二頭筋で35.21 W、上腕三頭筋で34.36 W、外腹斜筋で33.85 W、および外側広筋で37.09 Wであった。NMES介入の完了直後、参加者は2回目のスパイク評価を開始した。対照群の参加者は、電気刺激を受けずに同様の検査手順を完了した。

刺激パラメータ

周波数変調パルス治療装置は、すべての被験者において1000 Hzの固定パルス周波数で動作させた。刺激強度は唯一の被験者固有の出力パラメータであり、痛みや耐え難い不快感なく、明確に視認できる筋肉の収縮が起こるまで段階的に増加させた。利用可能な研究記録には、パルス波形、パルス幅、デューティサイクル、収縮/休止サイクル、またはランプアップ/ランプダウン時間に関する個別の設定は含まれていなかった。これらのパラメータは遡及的に回収することができなかったため、推定値ではなく「利用不可」として報告する。

NMESの禁忌と安全性モニタリング

登録前に、健康状態に関するアンケートおよび研究員による口頭での確認を行い、NMESの禁忌事項がないか参加者のスクリーニングを実施した。電子デバイスや心臓ペースメーカーの植込み、てんかん、臨床的に診断された心血管疾患、皮膚感覚の低下、開放創、電極設置部位の皮膚感染または炎症、急性の筋骨格系損傷、あるいは過去に電気刺激による副作用があった場合は、参加から除外した。電極を配置する前に、各標的筋肉上の皮膚に傷、炎症、感染、またはその他の異常がないかを確認した。刺激中は参加者を継続的にモニターし、痛み、めまい、過度な筋肉の痙攣、皮膚への刺激、異常な筋肉収縮、またはその他の予期せぬ症状が現れた場合は報告するように指示した。過度な不快感が生じた場合は、刺激強度を下げた。耐え難い痛み、めまい、持続的な皮膚刺激、異常な筋肉収縮、またはその他の潜在的に危険な反応が認められた場合は、介入を中止した。あらゆる副作用および研究員が講じた処置を記録した。

モーションキャプチャとキャリブレーション

各測定セッションの前に、2.0 m x 1.5 m x 2.0 m の3次元キャリブレーションフレームを用いて測定空間の校正を行いました。すべての校正点は、少なくとも2つのカメラビューで視認できるように配置しました。4台のカメラは、すべてのカメラ記録で視認可能なLED信号を用いて同期させました。3次元座標は、3次元動作解析ソフトウェアと直接線形変換法を用いて再構築しました。校正の精度は、キャリブレーションフレームのコントロール点の既知の座標と、再構築された座標を比較することで評価しました。再構築の平方根平均二乗誤差（RMS誤差）は 0.138 cm でした。必要なコントロール点の一部が明確に視認できなかった場合、または再構築誤差が研究室の許容基準を超えた場合は、校正をやり直しました。

マーカーの配置とトラッキング

各被験者の解剖学的指標に21個のリフレクティブマーカーを装着した。マーカーの装着部位は、頭頂部、左右の耳、左右の肩峰、左右の上前腸骨棘、左右の橈骨頭、左右の橈骨茎状突起、第3指の末節骨、左右の脛骨上部、左右の外果、左右の踵骨、および左右の足の末節骨とした。さらに、軽量のリフレクティブマーカー1個をバレーボールの表面にしっかりと固定した。スパイク動作中にマーカーが脱落しないよう、各試行前に装着状態を確認した。マーカーの位置は手動でデジタル化し、3次元動作解析ソフトウェアを用いてフレームごとに追跡した。自動算出された軌道を目視で確認し、必要に応じて手動で修正した。5フレーム連続以下のマーカー欠損については、3次スプライン補間を用いて再構築した。より長い欠損がある試行や、重要なイベント時にマーカーデータが欠落していた試行は除外し、再度測定を行った。

イベント検出およびテクニカルフェーズ分割

同期させたカメラ録画のフレームごとの精査により、4つの主要なイベントが特定されました：(1) 左足の接地開始：左足が床に接触したことが視覚的に確認できた最初のフレームと定義し（図 2A）、(2) 両足接地：両足が同時に床に接触した最初のフレームと定義し（図 2B）、(3) 両足離地：両足が完全に床から離れた最初のフレームと定義し（図 2C）、(4) ボール接触：打球した手がボールに接触し、ボールが移動したことが視覚的に確認できた最初のフレームと定義しました（図 2D）。助走相は、左足の接地開始から両足接地まででした。踏切相は、両足接地から両足離地まででした。空中打球相は、両足離地からボール接触まででした11,12。一貫性を維持するため、すべてのイベントは同一の評価者によって特定されました。

動作解析図；動作経路を示す4つのフレーム；動力学的研究、バイオメカニクス追跡。
図2バレーボールにおけるスパイクの主要動作。 (A) 左足の接地開始。(B）両足接地（C）両脚離地。（D) ボール接触。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

データ処理

本研究で分析したバレーボールのスパイキング技術の運動学的パラメータは以下の通りである：肩・股関節分離角（Figure 3A）［体幹座標系のx軸を左上前腸骨棘と右上前腸骨棘を結ぶ線、y軸を上前腸骨棘の前方方向、z軸を2つの上前腸骨棘の中点と2つの肩峰の中点を結ぶ縦軸として定義し、右上前腸骨棘に対する左上前腸骨棘の局所ベクトルと、右肩峰に対する左肩峰の局所ベクトルによって形成され、座標系のxy平面に対して回転した角度］、肩関節角（Figure 3B）［肘関節、肩関節、股関節によって形成される角度］、肘関節角（Figure 3B）［肩関節、肘関節、手関節によって形成される角度］、手関節角（Figure 3B）［肘関節、手関節、指関節によって形成される角度］、股関節角（Figure 3C）［肩関節、股関節、膝関節によって形成される角度］、膝関節角（Figure 3C）［股関節、膝関節、足関節によって形成される角度］、足関節角（Figure 3C）［膝関節、足関節、足指によって形成される角度］13,14,15,16,17,18,19。大腿、下腿、および足部の分節速度は、連続するフレーム間における対応する分節中心の三次元変位から算出した。線速度は中央差分数値微分法を用いて求め、m/sで表記した。ボール速度は、ボールマーカーの合成三次元変位をサンプリング間隔の1/180 sで除して算出した。最大ボール速度は、手とボールの接触後最初の3フレーム間に記録された最高の合成速度として定義し、m/sで表記した。

3Dにおける関節角度を示すキネマティクス解析図：肩-股関節、肘、手首、股関節、膝、足首。
図3バレーボールにおけるスパイクの運動学的パラメータ。 (A) 肩-股関節分離角（B) 肩、肘、および手関節の角度。(C股関節、膝関節、および足関節の角度。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

統計解析

統計解析にはSPSSを使用した。連続変数は平均値および標準偏差で示す。ベースラインにおける群間の年齢、身長、体重、および体格指数（BMI）の比較には、独立標本t検定を用いた。主要解析では、Mann–Whitney U検定を用いて、NMESコンディショニング群と時間的一致コントロール群との間で、2回目のアセスメントにおけるキネマティクス変数およびパフォーマンス変数を比較した。Mann–Whitney U検定の比較では、標準化Z統計量を報告した。効果量はr = |Z|/√N（Nは各比較の総サンプルサイズ、N = 30）として算出し、0.10、0.30、0.50の値をそれぞれ小、中、大の効果と解釈した。平均差（NMES − コントロール）の95%信頼区間は、報告された平均値、SD、およびサンプルサイズからWelch法を用いて推定した。キネマティクス変数とパフォーマンス変数の間の関係を検討するため、NMESコンディショニング群の2回目のアセスメントデータを用いてピアソンの積率相関係数を算出した。相関係数の95%信頼区間は、フィッシャーのz変換を用いて算出した。Benjamini–Hochberg法による偽発見率（FDR）補正を、各イベントファミリーごとに個別に適用した。助走のイベントファミリーは3つの比較で構成され、両側踏切およびボール接触のイベントファミリーはそれぞれ55の比較で構成された。統計的有意性はα = 0.05とした（Table 2およびTable 3）。

結果

スパイクパフォーマンスおよびキネマティックパラメータにおける群間差

表1は、2回目の評価におけるバレーボールのスパイクパフォーマンスおよびフェーズ別の運動学的パラメータの群間差を示している。各群には15名の被験者が含まれていた。空中打撃フェーズにおいて、ボール接触時のボール速度は、対照群よりもNMESコンディショニング群で有意に高かった（11.69 ± 2.14 vs. 9.95 ± 1.48 m/s; Z = −2.344, p = 0.019）。

助走局面における左足の接地時点において、股関節角度（139.31 ± 13.30° vs. 144.30 ± 14.28°; Z = −0.850, p = 0.395）、膝関節角度（128.30 ± 20.94° vs. 141.40 ± 16.34°; Z = −1.846, p = 0.065）、または足関節角度（83.20 ± 14.67° vs. 85.00 ± 20.52°; Z = −0.436, p = 0.663）に、有意な群間差は認められなかった。

助走相における両足接地時に、NMESコンディショニング群は対照群と比較して膝関節角度が有意に小さいことが示された（107.78 ± 13.38° vs. 117.59 ± 14.66°; Z = −2.095, p = 0.036）。また、足関節角度についてもNMESコンディショニング群で有意に小さかった（106.45 ± 14.50° vs. 118.91 ± 12.34°; Z = −2.510, p = 0.012）。股関節角度については、群間に有意な差は見られなかった（130.15 ± 13.79° vs. 132.04 ± 11.52°; Z = −0.560, p = 0.575）。

両脚離地時において、肩・股関節分離角はコントロール群に比べてNMESコンディショニング群で有意に小さかった（9.75 ± 6.65° vs. 17.98 ± 10.19°; Z = −2.121, p = 0.034）。また、NMESコンディショニング群では、股関節角（158.95 ± 6.57° vs. 153.09 ± 7.47°; Z = −2.033, p = 0.042）、膝関節角（172.15 ± 5.59° vs. 162.96 ± 24.43°; Z = −2.738, p = 0.006）、および足関節角（149.32 ± 8.63° vs. 132.20 ± 24.43°; Z = −2.530, p = 0.011）が有意に大きかった。

両脚離地時における下肢の分節速度も、NMESコンディショニング群で有意に高かった。大腿速度は、NMESコンディショニング群で 4.01 ± 0.41 m/s、対照群で 3.70 ± 0.32 m/s であった（Z = −2.385, p = 0.017）。下腿速度はそれぞれ 3.93 ± 0.50 m/s および 3.51 ± 0.43 m/s であり（Z = −2.344, p = 0.019）、足部の速度はそれぞれ 3.91 ± 0.83 m/s および 3.26 ± 0.98 m/s であった（Z = −2.344, p = 0.019）。

両脚離地時において、肩関節角度（99.42 ± 21.85° vs. 101.02 ± 23.87°; Z = −0.306, p = 0.760）、肘関節角度（72.54 ± 20.70° vs. 71.46 ± 18.14°; Z = −0.175, p = 0.861）、および手関節角度（145.44 ± 27.50° vs. 156.19 ± 14.40°; Z = −0.829, p = 0.407）のいずれにおいても、群間に有意な差は認められなかった。

空中打撃相のボール接触時において、肩・股関節分離角はコントロール群と比較してNMESコンディショニング群で有意に小さかった（2.56 ± 4.01° vs. 7.49 ± 6.34°; Z = −2.421, p = 0.014）。

ボールコンタクト時において、肩関節角度（141.04 ± 16.85° vs. 138.54 ± 13.55°; Z = −0.786, p = 0.432）、肘関節角度（149.22 ± 9.00° vs. 141.75 ± 10.56°; Z = −1.615, p = 0.106）、手関節角度（154.23 ± 19.27° vs. 155.69 ± 8.97°; Z = −0.567, p = 0.570）、股関節角度（156.16 ± 9.67° vs. 159.69 ± 11.54°; Z = −1.099, p = 0.272）、膝関節角度（156.15 ± 17.41° vs. 157.69 ± 17.53°; Z = −0.187, p = 0.852）、および足関節角度（120.22 ± 32.46° vs. 132.09 ± 12.62°; Z = −0.477, p = 0.633）のいずれにおいても、群間に有意な差は認められなかった。

同様に、ボールインパクト時の大腿速度（1.55 ± 0.48 vs. 1.57 ± 0.33 m/s; Z = −0.820, p = 0.412）、下腿速度（2.52 ± 0.76 vs. 2.32 ± 0.82 m/s; Z = −0.850, p = 0.395）、および足速度（3.10 ± 1.28 vs. 2.58 ± 1.35 m/s; Z = −1.182, p = 0.237）において、群間に有意な差は認められなかった。

全体として、対照群と比較して、NMESコンディショニング群では、ボール速度の向上、両足接地時における膝および足関節角度の減少、両足離地時における下肢関節角度および分節速度の向上、そして両足離地時とボール接触時の両方における肩-股関節分離角の減少が認められた。

表1：2回目の評価におけるパフォーマンスおよび局面特異的なキネマティクス変数。 数値は平均値 ± SD で示されている。関節角度および肩-股関節分離角は度（°）で、ボールおよび分節速度は秒速（m/s）で報告されている。95% CI は平均差（NMES − 対照群）を表す。略語：CI = 信頼区間、NMES = 神経筋電気刺激、SD = 標準偏差。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

ランアップフェーズ中の相関

その結果、アプローチ相で左足が接地した際、股関節角度と足関節角度の間には有意な負の相関が認められた（r = −0.575, p = 0.025）（表 2）。

その結果、助走相の接地時点において、膝関節角度は股関節角度と有意な正の相関を示し（r = 0.590, p = 0.020）、また膝関節角度は足関節角度と有意な正の相関を示した（r = 0.935, p < 0.001）（表2）。

表2：助走相における下肢関節角度間の相関。効果量はピアソン積率相関係数（r）で示されている。略語：CI = 信頼区間、FDR = 偽発見率、NMES = 神経筋電気刺激。こちらのリンクをクリックして、この図の拡大版を表示してください。

両側離陸時の相関

両脚離地時において、ボール速度は肘関節角度と有意な負の相関があり（r = −0.516, p = 0.049）、肩・股関節分離角とは有意な正の相関があった（r = 0.619, p = 0.024）。膝関節角度は、足関節角度と有意な正の相関があり（r = 0.613, p = 0.015）、足速度とは有意な負の相関があった（r = −0.515, p = 0.049）。大腿速度は、肘関節角度（r = −0.518, p = 0.048）および手関節角度（r = −0.518, p = 0.048）の両方と有意な負の相関を示した。下腿速度は、足速度と強い正の相関があった（r = 0.854, p < 0.001）。さらに、肘関節角度は手関節角度と有意な正の相関を示した（r = 0.585, p = 0.022）（表 3）。

空中打撃相におけるボール接触時、股関節角度は足の速度と有意な正の相関を示した（r = 0.571, p = 0.026）。足関節角度は手首の角度と有意な正の相関を示し（r = 0.575, p = 0.025）、肩・股関節分離角とは有意な負の相関を示した（r = −0.539, p = 0.038）。大腿速度は下腿速度と強い正の相関を示し（r = 0.845, p < 0.001）、肩関節角度と有意な正の相関を示した（r = 0.567, p = 0.027）。

下腿速度は、足速度（r = 0.624, p = 0.013）、肩関節角度（r = 0.518, p = 0.048）、および肩-股関節分離角（r = 0.621, p = 0.014）と有意な正の相関を示した。肩関節角度は肘関節角度（r = 0.597, p = 0.019）と有意な正の相関を示し、一方で肘関節角度は肩-股関節分離角（r = 0.630, p = 0.012）と有意な正の相関を示した（表 3）。

表3：踏切時およびボール接触時におけるスパイクパフォーマンスとキネマティック変数の相関。効果量はピアソン積率相関係数（r）で示されている。関節および肩-股関節の分離角は度（°）で、ボールおよび分節速度は秒速（m/s）で報告されている。略語：CI = 信頼区間、FDR = 偽発見率、NMES = 神経筋電気刺激。こちらのリンクをクリックして、この図の拡大版を表示してください。

データの可用性：

本研究の結果を裏付ける、匿名化された参加者レベルのキネマティクスおよびパフォーマンスデータは、DOI: 10.5281/zenodo.21876465 の Zenodo リポジトリで公開されています。このデータセットには、本論文で報告された統計解析に使用された、あらかじめ定義されたバレーボールのスパイクイベントにおける、選択された最高パフォーマンスの有効試行から得られた個々の参加者の値が含まれています。

ディスカッション

本研究では、バレーボール選手のスパイクパフォーマンスに対する単回即時NMES介入の急性効果について、助走、踏み切り、および空中打撃フェーズにおけるキネマティクスの変化に焦点を当てて調査した。その結果、下肢および主要な体幹筋群にNMESを即時適用したところ、被験者の関節角度、運動速度、およびボール速度が有意に向上した。このことは、NMESが神経筋協調性と動作出力効率を瞬時に改善し、爆発的なパワーを必要とするスポーツの技術的動作（スパイクなど）を大幅に補助できることを示している。

さらに結果から、両足が接地した瞬間において、実験群の膝関節および足関節の角度は、対照群よりも有意に小さいことが示されました。これは、下肢がより大きな屈曲を示したことを意味し、離地前の弾性エネルギーの蓄積に有利に働き、ストレッチショートニングサイクル（SSC）20,21における重要なメカニズムとなります。先行研究では、NMESが脊髄運動ニューロンの興奮性を高め、より多くの速筋線維を動員できることが示されており、これは本研究で観察された動作準備姿勢の改善をさらに裏付けるものです22,23,24。加えて、本研究では膝関節角度と足関節角度の間に強い正の相関（r = 0.935, p < 0.001）が認められました。これは、NMESが関節の協調性を向上させ、下肢の運動エネルギー伝達の安定性と効率、およびキネティックチェーンにおける協調的安定性の原理に寄与することを反映しています25,26。したがって、NMESは関節のタイミングおよび筋群間の協調性を改善することで、全体的な動作の質を向上させます27。

踏切相において、実験群は対照群よりも股関節、膝関節、および足関節の伸展角度が有意に大きく、大腿、下腿、および足部の速度もすべて向上していた（p < 0.05）。これは、強力な垂直推進力の基礎となる、より完全で強力なトリプルエクステンション（三関節伸展）パターンが形成されたことを示している28,29。この要因として、NMESが力発揮率（RFD）を高め、それによって大脳皮質のドライブとシナプスの効率を向上させた可能性が考えられる30,31。また、本研究ではボール速度と肘関節角度に負の相関が認められた（r = −0.516, p = 0.049）。これは、上肢をあまりに早く曲げたり、腕を振る際の角度が不適切であったりすると、運動エネルギーの伝達が不完全になり、打撃効率に影響を及ぼす可能性があることを意味している32,33。この知見は、身体分節の力発揮タイミングと打撃効率の関係に関する先行研究と一致しており、NMESが神経筋ドライブとタイミングの協調性を強化することで、アスリートのパフォーマンスを最適化できることを示唆している34,35。

空中打撃相において、実験群は対照群よりも肩-骨盤分離角が有意に小さかった（Z = −2.421, p = 0.014）。これは、飛行中の体幹の安定性とコアコントロール能力が高いことを反映しており、上肢の運動軌跡を安定させ、運動エネルギーの損失を軽減し、それによって打撃の正確性と効率を向上させるのに寄与する36,37。加えて、実験群の大腿速度と下腿速度（r = 0.845）、および下腿速度と足部速度（r = 0.624）の間に有意な相関が認められたことは、キネティックチェーンの各節点間における協調動作がリアルタイムで最適化されていることを証明している。このような運動エネルギーの下方から上方への伝達モードは、打撃動作において極めて重要である38,39。NMESによる固有受容感覚入力と運動パターンの即時的な促進が、この現象の考えられる説明メカニズムである40。

本研究の結果、2回目の評価において、NMESコンディショニング群は対照群と比較して、ボール速度が速く、両足接地時の膝関節および足関節角度が小さく、両足離地時の股関節、膝関節、および足関節角度ならびに下肢セグメント速度が大きく、さらに両足離地時およびボール接触時の肩-股関節分離角が小さいことが示された。これらの知見は、上肢、体幹、および下肢筋肉に適用された急性のNMESコンディショニングが、バレーボールのスパイクにおける局面特異的なキネマティクスおよびボール速度の違いに関連していたことを示唆している。しかし、本研究では筋活性、筋力発揮、傷害リスク、長期的なトレーニング適応、または試合でのパフォーマンスを直接的に測定していない。したがって、観察されたキネマティクスの差を、NMESが傷害を予防する、あるいは競技的パフォーマンスを全般的に向上させるという証拠として解釈すべきではない。加えて、主解析では2回目の評価における2群間を比較したため、本結果はNMESによる参加者内での確定的な改善ではなく、群間差として解釈されるべきである。今後の研究では、バレーボール特異的なパフォーマンスに対するNMESの急性および長期的な効果を明らかにするために、筋活性とキネティクスの直接的な測定、割付の隠蔽化、アウトカム評価の盲検化、サンプルサイズの拡大、および群×時間の分析を組み込むべきである。したがって、本知見はトレーニングを受けた男子大学生バレーボール選手に特有のものとして解釈されるべきであり、さらなる証拠なしに女子選手や競技経験が著しく異なる選手に一般化すべきではない。

2回目の評価において、NMESコンディショニング群は対照群と比較して、高いボール速度および関節角度、肩と股関節の分離、下肢分節速度におけるフェーズ特異的な差を示しました。これらの知見は、30分間の1回のNMESコンディショニングセッションが、バレーボールのスパイクキネマティクスおよびボール速度の急性変化に関連している可能性を示唆しています。本研究ではこれらのアウトカムを測定していないため、結果を怪我の予防、長期的な適応、またはより広範な競技パフォーマンスの向上に一般化させるべきではありません。

開示事項

著者らは利益相反がないことを宣言します。原稿の校閲において、英語の編集、文法修正、および明瞭性と読みやすさの向上のため、生成AIツールであるChatGPT (OpenAI)を使用しました。このAIツールは、研究データの生成、操作、解釈、統計解析の実施、研究結果の作成、および図の作成や修正には使用されていません。AIによって支援されたすべての文章は著者らによって厳格にレビュー、検証、および修正されており、著者らが最終原稿の正確性、完全性、および内容について全責任を負います。

謝辞

本研究は、福建省青年中堅教師教育研究プロジェクト（科学技術）重点プロジェクト（No. JZ240034）、福建省社会科学基金（No. FJ2025T011）、集美大学博士研究開始資金（No. Q202440）、および教育省産学協同教育プロジェクト（No. 231104575130151）の支援を受けて実施されました。

材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
周波数変調パルス治療装置研究記録にメーカーの記載なしGuangzhou, ChinaZN-566
高速カメラSony CorporationTokyo, JapanPXW-FS7
SPSSIBMArmonk, NY, USAVersion 27 for Windows
三次元動作分析システムVisol Inc.Gwangmyeong, Republic of KoreaKwon3D

参考文献

  1. Mekuriyaw E. Effect of high intensity interval training on selected physical fitness qualities and spiking technique of volleyball project players [doctoral dissertation]. Ethiopia: Bahir Dar University; 2022.
  2. Maffiuletti NA, et al. Electrical stimulation for investigating and improving neuromuscular function in vivo: Historical perspective and major advances. J Biomech. 2023;152:111582.
  3. Liu M, Wu J, Tao J. Optimal recognition of volleyball player’s arm movement track based on embedded microprocessor. Wirel Commun Mob Comput. 2022;(1):3525197.
  4. Kawai M, et al. Effect of ball positions on trunk, hip, knee, and ankle joint kinematics and kinetics during a spike jump in volleyball. Gait Posture. 2024;113:419-426.
  5. Van Dyke M. Does the use of the antagonist facilitated specialization and oscillatory training methods reduce co-activation and improve rate of force development to a greater extent than traditional methods. Culminating Projects in Kinesiology. 2015.
  6. Qi S, et al. Advances in non-invasive brain stimulation: enhancing sports performance function and insights into exercise science. Front Hum Neurosci. 2024;18:1477111.
  7. Chen CF, et al. Kinematic analysis of countermovement jump performance in response to immediate neuromuscular electrical stimulation. Math Biosci Eng. 2023;20(9):16031-16042.
  8. Chen CF, Shen XX, Chou YC, Wu HJ. Effects of hurdle leg stretch and neuromuscular electrical stimulation intervention on front kick in martial arts: A kinematic analysis. Mol Cell Biomech. 2025;22(3):1479-1479.
  9. Muthalib M, et al. Effects of increasing neuromuscular electrical stimulation current intensity on cortical sensorimotor network activation: a time domain fNIRS study. PLoS One. 2015;10(7):e0131951.
  10. Xu X, et al. Effects of electrical stimulation on skin surface. Acta Mech Sin. 2021;37(12):1843-1871.
  11. Oliveira LDS, et al. A systematic review of volleyball spike kinematics: Implications for practice and research. Int J Sports Sci Coach. 2020;15(2):239-255.
  12. Giatsis G, Tilp M. Spike arm swing techniques of Olympics male and female elite volleyball players (1984-2021). J Sports Sci Med. 2022;21(3):465.
  13. Chen C, et al. Analysis of rhythmic movement techniques in female college long jump athletes: Insights from athletics open. Mol Cell Biomech. 2025;22(5):1711-1711.
  14. Chen CF, et al. Running speed and slope effects on spatiotemporal parameters and running technology in male and female recreational runners. Mol Cell Biomech. 2025;22(5):1832-1832.
  15. Chen CF, et al. The impact and correlation of running landing methods on leg movement ability. Acta Bioeng Biomech. 2023;25(4):155-162.
  16. Chen CF, Wu HJ. The effect of an 8-week rope skipping intervention on standing long jump performance. Int J Environ Res Public Health. 2022;19(14):8472.
  17. Chen CF, Wu HJ, Liu C, Wang SC. Kinematics analysis of male runners via forefoot and rearfoot strike strategies: A preliminary study. Int J Environ Res Public Health. 2022;19(23):15924.
  18. Chen CF, Chuang MH, Wu HJ. Joint energy and shot mechanical energy of glide-style shot put. Proc Inst Mech Eng P J Sports Eng Technol. 2022;239(2):274-282.
  19. Chen CF, et al. Motion analysis for jumping discus throwing correction. Int J Environ Res Public Health. 2021;18(24):13414.
  20. Sheppard JM, et al. Relative importance of strength, power, and anthropometric measures to jump performance of elite volleyball players. J Strength Cond Res. 2008;22(3):758-765.
  21. Milo N, Grosu E, Milo M. Vertical jump enhancement with respect to volleyball vertical jump. Stud Univ Babes-Bolyai Educ Artis Gymnast. 2017;62(4):87-102.
  22. Borzuola R, Labanca L, Macaluso A, Laudani L. Modulation of spinal excitability following neuromuscular electrical stimulation superimposed to voluntary contraction. Eur J Appl Physiol. 2020;120:2105-2113.
  23. Borzuola R, et al. Frequency-dependent effects of superimposed NMES on spinal excitability in upper and lower limb muscles. Heliyon. 2024;10(21):e40145.
  24. Bickel CS, Yarar-Fisher C, Mahoney ET, McCully KK. Neuromuscular electrical stimulation-induced resistance training after SCI: a review of the Dudley protocol. Top Spinal Cord Inj Rehabil. 2015;21(4):294-302.
  25. Khan MA, et al. A systematic review on functional electrical stimulation based rehabilitation systems for upper limb post-stroke recovery. Front Neurol. 2023;14:1272992.
  26. Li S, et al. The effect of neuromuscular electrical stimulation superimposed on quadriceps training on gait dynamics after anterior cruciate ligament reconstruction. J Back Musculoskelet Rehabil. 2025;38(1):139-147.
  27. Wang X, Li H, Chen J. Neuromuscular electrical stimulation enhances lower limb muscle synergies during jumping in martial artists post-anterior cruciate ligament reconstruction: A randomized crossover trial. Bioengineering (Basel). 2025;12(5):535.
  28. He J, Li M, Zhang Q, Zhang Z. Associations between the performance of vertical jump and accelerative sprint in elite sprinters. Front Bioeng Biotechnol. 2025;13:1539197.
  29. Junge N, et al. Force-velocity-power profiling of maximal effort sprinting, jumping and hip thrusting: Exploring the importance of force orientation specificity for assessing neuromuscular function. J Sports Sci. 2021;39(18):2115-2122.
  30. Seitz LB, Haff GG. Factors modulating post-activation potentiation of jump, sprint, throw, and upper-body ballistic performances: A systematic review with meta-analysis. Sports Med. 2016;46:231-240.
  31. Karabel F, Makaracı Y. Optimal recovery time for post-activation performance enhancement after an acute bout of plyometric exercise on unilateral countermovement jump and postural sway in national-level female volleyball players. Appl Sci (Basel). 2025;15(8):4079.
  32. Gupta D, Jensen JL, Abraham LD. Biomechanics of hang-time in volleyball spike jumps. J Biomech. 2021;121:110380.
  33. Suhadi S, Guntur G, Kriswanto ES, Nopembri S. Muscular endurance and strength as predominant factors on spike among young volleyball athletes. Retos. 2023;50:349-356.
  34. Gonçalves CA, et al. Neuromuscular jumping performance and upper-body horizontal power of volleyball players. J Strength Cond Res. 2021;35(8):2236-2241.
  35. Garcia S, et al. Comparison of landing kinematics and kinetics between experienced and novice volleyball players during block and spike jumps. BMC Sports Sci Med Rehabil. 2022;14(1):105.
  36. Sedaghati P, Baharmast Hossein Abadi A, Zolghadr H. Effect of core stability exercises on volleyball players: A systematic review. Phys Treat Spec Phys Ther J. 2023;13(3):147-158.
  37. Comba D, et al. Evaluation of lower extremity and core strength in young female and male volleyball players. J Pioneer Med Sci. 2024;13(1):53-57.
  38. Tsoukos A, et al. Upper and lower body power are strong predictors for selection of male junior national volleyball team players. J Strength Cond Res. 2019;33(10):2760-2767.
  39. Baena-Raya A, et al. The force-velocity profile as determinant of spike and serve ball velocity in top-level male volleyball players. PLoS One. 2021;16(4):e0249612.
  40. Li X, Wang D, Gao S, Zhou C. Impacts of kinematic information on action anticipation and the related neurophysiological associations in volleyball experts. Brain Sci. 2024;14(7):647.

再版と許可

タグ

NMES
お問い合わせ
図書館に推薦する

プライバシー

利用規約

ポリシー

著作権 © 2026 MyJoVE Corporation. 無断転載を禁じます。