中学受験 理科 骨と筋肉—関節の曲げ伸ばしを筋肉の縮み方と結び付ける｜武蔵野個別指導塾

ひじを曲げ伸ばしする際に、腕の表と裏の筋肉がどう働くかを図と問題でたどり、骨と筋肉を結びます。

腕を曲げ伸ばしするとき、骨は関節（かんせつ）で動き、筋肉（きんにく）は縮んで骨を引きます。曲げるときと伸ばすときでは、主に縮んで引く筋肉が入れ替わります。

よくあるのは、腕を伸ばす筋肉が自分で伸びて骨を押すと考える小6の場面です。動きの前後の形だけを見ると、長くなった筋肉が押したように見えます。どちらの筋肉が縮んだかを確かめ、関節をはさんで骨がどう動くかを追いましょう。

どんな問いに出会うか

1つ目は、腕の骨と筋肉の図を見て、ひじの位置や筋肉がつながる場所を答える型です。骨の途中が曲がるのか、骨と骨の間で向きが変わるのかを見分けます。形の名前を覚えるだけでなく、動く場所を指で示せるようにします。

2つ目は、曲げた腕と伸ばした腕の図を比べて、表側と裏側の筋肉の変化を答える型です。同じ筋肉を2つの姿勢で追い、短く太くなった方を探します。筋肉の名前がAとBに変わっても、ひじのどちら側にあるかを見れば考えられます。

3つ目は、模型（もけい）や観察の記録から、引く方向と骨の動きを説明する型です。条件を読まずに「長い方が働いた」と決めると、結果を取り違えます。前後の長さとつながる位置を整理してから、答えの文を作ります。

骨と筋肉はどこでつながるか

骨は体を支え、体の形を保つはたらきをします。頭の骨は脳（のう）を守り、胸の骨は心臓や肺などを守ります。腕や脚の骨は、筋肉に引かれて動く部分にもなります。骨そのものがひじでぐにゃりと曲がるわけではありません。

関節は骨と骨がつながる場所です。ひじでは、上腕（じょうわん）の骨と前腕（ぜんわん）の骨が関節をつくります。上腕は肩からひじまで、前腕はひじから手首までの部分です。関節のまわりで骨どうしの向きが変わるので、手の位置も変わります。

図1は、ひじの位置と上腕の2つの筋肉を示した模式図です。図1から図3まで、筋肉の線の端と骨との接続は省略されています。実際には、曲げ伸ばしに関わる筋肉は、丈夫なすじを介して関節の両側の骨につながり、縮むと前腕の骨を引きます。筋肉がひじの手前で終わるという意味ではありません。腕には、この図にない筋肉もあります。

図1で、関節をはさんで上腕と前腕を見比べてください。表側の筋肉が縮むと、つながった骨が引かれ、ひじを曲げる方向に動きます。反対側の筋肉は長くなります。ひじを伸ばすときには、裏側の筋肉が縮んで骨を引き、表側の筋肉は長くなります。

筋肉は縮むと短く太くなる性質があり、骨を引くことができます。長くなっている筋肉が積極的に骨を押している、と考えないことが要点です。ひじの曲げ伸ばしでは、反対向きの動きを起こす筋肉が対になって働きます。ただし、実際の姿勢を保つときには複数の筋肉が同時に働くこともあるため、いつも片方が完全に休んでいるとは限りません。

基本例題：2つの姿勢を比べる

腕の表側の筋肉をA、裏側の筋肉をBとします。ひじを伸ばした姿勢から曲げた姿勢に変えると、Aは短く太くなり、Bは長くなりました。次の問いに答えてください。

1. 曲げるとき、主に縮んで前腕の骨を引いたのはAとBのどちらですか。
2. 伸ばす動きでは、主に縮んで前腕の骨を引くのはどちらですか。
3. 曲げるときのBの変化を「短くなる」「長くなる」から選んでください。

図2の2つの姿勢で、同じ記号の筋肉を比べます。図の形は考えるための模式図で、筋肉の長さを実物どおりに測る図ではありません。

まず、問題文からAが短く太くなったことを拾います。縮んだ筋肉は骨を引くので、1の答えはAです。Bが長くなったことは、Bが伸びて骨を押した証拠にはなりません。

次に、伸ばす動きは曲げる動きと反対です。ひじの反対側にあるBが縮み、前腕の骨を伸ばす方向に引きます。したがって2はBです。3は、表のBの変化をそのまま読み取り、長くなると答えます。

図2では、AとBの文字が姿勢の変化に伴って入れ替わっていません。同じ記号を追うことが、2つの図を比べるときの最初の手順です。太い方を見つけたら、どの姿勢で太くなっているかも言葉にすると、答えの向きを間違えにくくなります。

条件が変わる例題：模型のひもを引く

厚紙で作った2本の棒を、動くように留め具でつなぎました。留め具をひじに見立て、2本の棒を上腕と前腕に見立てます。関節をはさむ表側にひもP、裏側にひもQを取り付けます。Pを引くと前腕の棒は曲がる向きに動き、Qを引くと伸びる向きに動くように作りました。ひもは押しても棒を動かせません。

問いは、曲がった模型を伸ばすにはPとQのどちらを引くか、また、反対のひもはどうなるかです。模型のひもを引くことを、腕の筋肉が縮んで骨を引くことに対応させて答えてください。

まず動かしたい向きを確認します。今回は曲げるのではなく、曲がった状態から伸ばします。条件ではQを引くと伸びる向きに動くので、引くのはQです。関節をはさむ反対側のPは、動きに伴って長くなります。腕では、伸ばすときに主に縮む裏側の筋肉がQにあたります。

ここでの分かれ目は、どちらの状態から、どちらへ動かすかです。伸ばした模型を曲げるならPを引きます。問題に「曲がっている」と書かれている場合でも、曲げる筋肉を選ぶとは限りません。現在の形と、次に目指す形を別々に印づけてください。

ひもがたるんでいても、押して骨を伸ばすという説明にはなりません。一方、この模型は筋肉の形や体の中の細かいつくりをすべて再現したものではありません。わかる範囲は、関節をはさんだ反対側から引くと動きの向きが変わることです。

誤答をほどく：伸びた筋肉は押すのか

誤答は「腕を伸ばすと、表側の筋肉が長くなって前腕の骨を押す」です。表側の筋肉が長くなるという観察と、骨を押すという説明が混ざっています。前半が合っていても、後半まで正しいとは限りません。

図3のように、伸ばす動きで主に縮むのは裏側です。裏側が縮んで骨を引き、表側はその動きに伴って長くなります。図の矢印は、裏側の筋肉が骨を引く向きを表します。

直すには、まず「長くなった筋肉」と「縮んだ筋肉」を別の欄に書きます。次に、縮んだ方が骨を引くとつなげます。最後に、問いが曲げる動きと伸ばす動きのどちらをたずねているか確かめます。この順序なら、見た目の変化と動きを起こす説明を分けられます。

別の誤りに、ひじを曲げると上腕の骨自体が曲がるという答えがあります。指で骨の両側をたどり、向きが変わる境目を探してください。境目は関節であり、骨の途中ではありません。図が折れ線で描かれているときも、折れ曲がる点の意味を確認します。

また、筋肉が骨に添っているだけで、骨にはつながっていないと考えると、縮んでも骨を引く理由が説明できません。筋肉の両端と骨のつながりを確認してから、関節をはさんでどちら側にあるかを見ます。図の記号だけを暗記するより、位置から考え直す方が別の図にも使えます。

図の読み違いを防ぐ順序

腕の図は、見る向きや腕の向きが変わると、紙の上での左右も変わります。紙の右にある筋肉をいつでも表側と決めず、手のひら側にあたる表側と、その反対の裏側を図の説明から探します。記号が別の文字でも、どちら側かがわかれば同じ考え方を使えます。

図が2枚あるときは、片方ずつ別々に見るだけでは変化をつかめません。まず同じ筋肉を対応させ、次に短さと太さを比べ、最後に関節が曲がったか伸びたかを調べます。図の位置が変わっていても、同じ筋肉の前後を追うことが大切です。姿勢の名前を先に決められないときは、前腕と上腕がつくる角度に注目します。

筋肉について「縮む」と「長くなる」を選ぶ問題では、いつからいつまでの変化かにも注意します。伸ばした姿勢から曲げる場合と、曲げた姿勢から伸ばす場合では、同じ筋肉の変化が反対になります。片方の姿勢だけを見て変化を答えず、始めと終わりの両方を確認してください。

説明問題では、答えを「裏側」などの名前で終わらせず、「裏側の筋肉が縮み、骨を引くので、ひじが伸びる」と順に書くと、つながりが伝わります。長くなった側について聞かれたときは、その変化も加えます。問題が求める範囲に合わせ、動きの向きと筋肉の変化を取り違えていないか読み返します。

練習：図や記録を自分で読む

次の問題は、言葉で答えてください。ひじの筋肉の表側と裏側は、これまでと同じ位置を表します。

問題1

ひじを曲げた腕を伸ばすとき、表側の筋肉は長くなりました。主に縮んで骨を引くのは表側と裏側のどちらですか。また、長くなった表側が骨を押したと考えてよいですか。

問題2

腕の骨について、次のアからウのうち正しいものを1つ選び、理由も書いてください。ア「ひじを曲げると上腕の骨の途中が曲がる」。イ「ひじの関節で骨どうしの向きが変わる」。ウ「骨は筋肉につながらず、自分で縮んで動く」。

問題3

2枚の腕の図があります。図カでは表側の筋肉が図キより短く太く、裏側は図キより長く描かれています。図カと図キのどちらが、ひじをより曲げた状態ですか。表側の変化を根拠に答えてください。

問題4

骨に見立てた棒と、関節に見立てた留め具を使う模型があります。関節の両側のひもをそれぞれ引くと反対向きに動きます。片方のひもを引いたとき、ひもが対応する筋肉は「縮む」と「自分で伸びて押す」のどちらですか。また、留め具は体の何にあたりますか。

答えと考え方

問題1は、裏側の筋肉が主に縮んで骨を引きます。表側が長くなったことは、表側が押したことを示しません。伸ばす動きと、主に縮む側の組を確かめます。反対に曲げる動きなら、表側が主に縮みます。

問題2はイです。骨と骨の間にある関節で向きが変わるためです。アは骨の途中を曲げると考えている点が違います。ウも、骨が自分で縮むのではなく、骨につながった筋肉が縮んで引くので違います。

問題3は図カです。表側の筋肉が図キより短く太いので、表側が縮んだ曲げた状態と判断します。裏側が長いことも、その判断と合います。図の上に書かれた名前の順ではなく、同じ側の形を比べたことが根拠です。

問題4は「縮む」で、留め具は関節にあたります。ひもは引くと棒を動かせますが、自分で伸びて押す役割にはなりません。模型の棒を骨、ひもを筋肉に対応させると、関節の両側から引く向きの違いを考えられます。

答えを見直す手がかり

問題1で表側を選んだ場合は、長くなったという条件をもう一度見ます。長くなった側ではなく、反対側が主に縮んで引くことを確かめます。問題3で図の並び順だけを手がかりにした場合は、表側の太さと前腕の向きの両方へ戻ります。

模型の問題では、棒、留め具、ひもの対応を書き出してから考えます。模型で観察できる動きと、体の中の筋肉の変化を結び付けると、用語を覚えたかどうかだけでなく、仕組みを説明できるかも確かめられます。

要点をひと目で

骨は体を支え、関節で骨どうしの向きが変わります。
筋肉は縮んで、つながる骨を引きます。
ひじを曲げるときは表側、伸ばすときは裏側が主に縮みます。
反対側の筋肉は、動きに伴って長くなります。

家で確かめるとき

お子さまが答えを迷ったら、まず図のひじの関節を指さしてもらいます。次に、上腕と前腕の骨を順にたどり、骨のどこで向きが変わるかを聞きます。関節を骨の途中と思っていたら、筋肉の名前を覚える前に、2本の骨の境目へ戻ります。

関節がわかったら、表側と裏側を指で区別してもらいます。曲げた図と伸ばした図で同じ側を見比べ、「どちらの姿勢で短く太いか」と尋ねます。答えを先に伝える代わりに、図の記号と姿勢を指さして照合すると、取り違えた場所が見えます。

長くなった筋肉を押すものと考えた場合は、図3に戻り、縮んだ方から骨へ向かう矢印をたどります。説明が途中で止まっても、関節、同じ筋肉、縮む側の順に戻れば考え直せます。腕の動きは、関節をはさんだ筋肉の引き合いで読み取れます。