新 運動の生理科学

新運動の生理科学 小野三嗣 ・ 成澤三雄 ・ 小野寺昇著

朝 倉書 店

序

  1978年4月

に初 版 を上 梓 して19年

の 歳 月 が 流 れ た.今

ここに新版 の刊

行 を企 画 した の は,単 に この 分 野 で の新 知 見 が お び ただ し く発 掘 さ れ た と い うだ け で な く,初 版 を世 に 問 うて 以 来 の 教 育 現 場 な どか ら反 響 を分 析 し た 結 果,著

者 の 企 図 した と こ ろが 必 ず し も充 分 に伝 わ って い なか っ た とい

う反 省 に も立 って い る.た

とえ ば 「こ れ らの 諸 反 応 に み られ る法 則 性 に つ

い て 述 べ る と同 時 に,千 差 万 別 とい う言 葉 に表 徴 さ れ る個 体 差 の 問 題 に つ い て も で き るだ け 考 察 す る こ とに した.た

とえ1万 人 に1人

とい う特 殊 な

運 動 適 性 の 保 有 者 で あ っ て もそ の 個 体 で は それ を無 視 して 運 動 す る こ とは 適 応 失 調 の 危 険 が あ るか ら で あ る.」 とい う記 述 に して も,法 則 性 と個 体 差 と を現 象 と して み て い る だ け で あ っ て,「 集 団 に 対 す る学 問 と同 時 に, 個 体 に 対 す る学 問 が 講 じら れ な け れ ば な らな い点 を強 く意 識 した こ と も本 書 の 特 色 の はず で あ る」 とさ れ て い なが ら,踏 込 み が 不 足 して い て よ く理 解 で きな い とい う指 摘 の 声 が 強 か っ た.   そ もそ も,い か に も運 動 生 理 学 的 に 確 た る法 則 性 が 証 明 さ れ て い るか の ご と くに 思 い こ まれ て い る 「運 動 の しす ぎ は危 険 だ 」 に して も,何 を根 拠 に 「しす ぎ」 と判 定 す るか の 根 拠 が は っ き り して い な い とい う よ りは,た と え ば運 動 の 安 全 の 第 一 原 則 とい え る 「漸 進 性 の 原 則 」 違 反 とい う運 動 の や り方 が 原 因 で あ っ た りして い る.   健 康 状 態 を維 持 し続 け る ため に は どれ だ け の運 動 を し な け れ ば な ら な い の か とい う運 動 処 方 に つ い て は,何

よ りも最 小 運 動 量,言

い換 え れ ば そ れ

以 下 に な っ て は い け な い とい う ミニ マ ム レベ ル の研 究 が 最 も重 要 で あ り, そ れ ほ ど 激 しい 運 動 は 必要 で は な い とい う考 え方 は 肯 定 で き て も,だ か ら

と い っ て 激 し い 運 動 を 真 っ 向 か ら 否 定 し て み た り,危 非 科 学 的 で あ る.ア

メ リ カ のHammond,E.C.の106万

調 査 研 究 成 績(Hammond,E.C.Some complaints

from

険 だ と断 定 す るの は

Preliminary

a prospective

P.H.,54(1)11-23,1964)か

人以上 の疫 学的

study ら は,超

of 1,064,004

findings men

and

of physical women.A.J.

高 齢 者 と い わ れ る 人 た ち も含 め,一

見 過 酷 と さ れ て い る よ う な 運 動 に も 充 分 に 適 応 で き る 能 力 を保 有 し て い る 人 の ほ う が,そ

の 劣 っ て い る 人 々 よ り も は る か に 多 い と い う事 実 が 示 唆 さ

れ て い る こ と も 忘 れ て は な ら な い.   運 動 と栄 養 に 関 す る 熱 量 的 バ ラ ン ス に つ い て も 必 ず し も 充 分 に は 江 湖 に 衆 知 さ れ て い る と は 限 ち ず,質

的 バ ラ ン ス に つ い て は 研 究 そ の もの が 不 足

し て い る こ と も 問 題 で あ る.休

養 の取 り方 に 関 す る研 究 に つ い て は い まだ

緒 に つ い た ば か り と い わ ざ る を え な い の が 現 実 で あ る.   運 動 時 の精 神 心 理 学 的 状 態 の 運 動 適 応能 力 に 関 す る支 配 的 影 響 につ い て の 研 究 の 必 要 性 は 認 識 さ れ て い て も,そ

の 機 序 を 追 求 す る 研 究 が 立 ち遅 れ

て い る 点 も 見 逃 し に は で き な い.   以 上 の よ う な 諸 点 を 解 明 す る た め に は,多

くの 研 究 者 に よ る分 担 執 筆 と

す べ き だ と い う 意 見 も あ る が 今 回 の 改 訂 に あ た っ て は,ま が 渉 猟 し た 範 囲 の 資 料 を 駆 使 し て,将

来 に 対 す る 問題 提 起 を念 頭 に お い た

著 述 を 世 に 問 う て み る ほ う が 順 序 で あ ろ う と 考 え た.関 受 け て,運

ず わ れ わ れ3名

係 諸 賢 の ご批 判 を

動 の 生 理 科 学 の 飛 躍 的 発 展 の 一 石 と し た い.

1997年8月 著 者 ら しるす

目

次

1.  身体 活 動 と生 命

  〔 小野

三 嗣〕1

2.  骨格 筋 と中 枢 神 経 の相 互 作 用

  〔 成澤

三 雄〕8

3.  筋 の 神 経 支 配 と筋 力発 揮

 

14

4.  骨 格 筋 の 出 力 特 性

 19

5.  筋 力 トレ ー ニ ン グ

  24

6.  筋 の持 久 力 とそ の トレー ニ ン グ

 

7.  運 動 の エ ネ ル ギー 源

29

  35

8.  身 体 活 動 と酸 素

 41

9.  運 動 とエ ネ ル ギ ー 消 費 量

  46

10.  エ ネ ル ギー 供 給 源 の 利 用 と運 動

  52

11.  栄 養 素 の 摂 取

  58

12.  呼 吸 機 能 と運 動

  64

13.  運 動 と心 臓

  69

14.  運 動 に よ る心 拍 数 の 変 化

  75

15.  運 動 と血 圧

  81

16.  運 動 と血 液 有 形 成 分 17.  血 液 中 の 逸脱 酵 素 と運 動 18.  疲 労 と休 養

  〔 小 野寺

昇〕87  92  98

19.  骨 代 謝 と運 動

 104

20.  女 子 の運 動 生 理 学 的 特 徴

109

21.  調

113

整

力 

22.  体 格 ・体 型,体 23.  体

構

成 

力 の健 康 的 水 準

  118 126

24.  理 想 体 重 と標 準 体 重 そ し て 至 適 体 重

  131

25.  体 柔 軟 性 と は

  136

26.  発 育 期 の 運 動

 141

27.  青 年 期 ま で の 運 動

  146

28.  壮 年 期 以 降 で の 運 動

 

151

索

 

157

引

1 身体 活動 と生命

  同 じ哺 乳 類 で あ って も クマ は100日

の冬 眠 が 可 能 で あ るが,人

間 では不

可 能 で あ る.ク マ で は 冬 眠 中 蛋 白代 謝 が 停 止 す るた め に尿 毒 症 に な る 危 険 が な い か らで あ る.人 間 の 場 合 は1日 約8時

間 前 後 の 睡 眠 で さ え,脳

の睡

眠 とい わ れ る ノ ン レ ム 睡 眠 と,身 体 の 睡 眠 とい わ れ る レム 睡 眠 とが 規 則 的 に 繰 り返 され る な ど,身 体 活 動 が全 く停 止 して い る時 間 は 著 し く短 い.言 い 換 え れ ば 人 間 とは 生 きて い る 限 り動 き続 け な け れ ば な ら な い よ うに 宿 命 づ け られ た動 物 だ と い わ ざ る を え な い.そ れ か あ らぬ か 「 世 の 中に寝 るよ り楽 は 無 か りけ る,浮

き世 の 馬鹿 が起 きて 働 く」 とい う休 養 願 望 の歌 が 出

て きた りす る背 景 に 人 生 の 悲 哀 が こ だ ま して い る.   も し それ を真 に受 け て 実 践 し た ら,そ れ こ そ運 動 不 足病 に 取 りつ か れ て 早 晩 生 命 を落 とす こ と に な る の は 火 を見 る よ り明 らか で あ る.「 老 化 は 血 管 か ら始 ま る 」 と い わ れ て い る 点 に つ い て 吉 村1)は図1.1に

示 した よ う な

研 究 結 果 を発 表,日 常 的 に 持 久 的 な運 動 を習 慣 化 し て い る群(マ 群)は,ほ

ラソン

とん ど運 動 ら し い運 動 を して い な い 対 照 群 と比較 し て,平 均 的

に み て 動 脈 硬 化 の 進 行 が 約10年

遅 れ る こ と を証 明 し た.問 題 は,そ れ ぞ

れ の 平 均 値 の 上 下 の 縦 線 で つ け られ て い る 標 準 偏 差 の 大 き さ で あ る.40 歳 代 の マ ラ ソ ン群 の標 準 偏 差 の 上 限 の 大 動 脈 波 は速 度 は約8m/秒 が,70歳

代 の 対 照 群 の 標 準 偏 差 の 下 限 も ほ ぼ8m/秒

である

と な っ て い る.表 現

表1.1  走 能 力 と12分 走 が 線 維 素 溶 解 能 に 及 ぼ す 影響2)

を変 え れ ば,40歳

代 の マ ラ ソ ン群 と70歳 代 の 対 照 群 の 場 合,大

速 度 が 同 じ とい うケー ス は そ れ ほ ど珍 し くは な い(1標 対 象 者 の 約2/3が

動脈脈 波

準 偏 差 の範 囲 内 に

含 まれ て い る と い え る こ とか ら)と い っ て よ い こ とに な

る.標 準 偏 差 を平 均 値 の重 みづ け に使 う立 場 が 法 則 性 を知 ろ う とす る もの で,標 準 偏 差 そ の もの に 注 目す る立 場 が個 性 尊 重 の 立 場 で あ る.   なぜ 運 動 が 動 脈 硬 化 を予 防 し た り改 善 し た りす るの に役 立 つ の か の 医 学 的根 拠 の 一 つ は,表1.1に

示 さ れ る12分 走 能 力 別 の 線 維 素 溶解 能 の 亢 進

度 との 関 係 に 示 さ れ て い る.12分

走 能 力 の す ぐれ て い る者 ほ ど12分 走 に

よ る線 維 素 溶 解 能 の 亢 進 度 が 大 きい こ とが 示 さ れ て い る か らで あ る.そ て さ らに 注 目 しな け れ ば な ら な い の は,12分 応 の 亢 進 度 が 得 られ て い る事 実 で あ る.こ

し

走 の 劣 っ て い る群 で も,相

うい う根 拠 が あ るか ら こ そ,健

康 体 力づ く りに 関 す る行 政 機 関 が こ ぞ っ て 「1日 に10∼15分

く らい 汗 が

出 る よ うな 運 動 を習 慣 化 す る こ とに よ っ て血 管 の 早 老 現 象 が 防 止 で き る」 と キ ャ ン ペ ー ン を張 る こ とが許 され る.   し か し,個 々 例 に 注 目す る図1.2か が 反 対 に低 下 す るケ ー スが,少 な らな い.30歳

走 に よ り線 維 素 溶 解 能

な い な が ら存 在 す る こ と を指 摘 しな け れ ば

代 で,100kg近

い 体 重 に な っ て い たJames

年 間 の ジ ョギ ン グに よ っ て60kg台 だ52歳

ら は,12分

Fixxが,16

まで の 体 重 減 量 に成 功 して い なが ら ま

とい う若 さ で ジ ョギ ン グ 中 に 急 死 し,死 因 が 心 筋 梗 塞 で あ っ た こ

と を紹 介 して い る図1.3の の 父 が43歳

英文 記事 を ど う読 む か が 問 題 の 焦 点 とな る.そ

で心 臓 病 で 死 亡 した点 を取 り上 げ れ ば,52歳

ま で 生 き られ た

図1.1  年 代 別 大動 脈 脈 波 速 度 分 布(吉

図1.2  線 溶 時 間 に及 ぼ す12分

村,1976)1)

走 の影 響 の個 々例2)

の は ジ ョギ ン グの 効 果 だ とい う こ とに な ろ うが,図1.2の

知 見 か ら,あ

る

い は ジ ョギ ン グに よ っ て線 維 素 溶 解 能 が 低 下 す る よ うな体 質 で は な か っ た か と疑 わ れ る こ と に な る.   そ して 小 野3,4)の人 体 実 験 で 得 ら れ た知 見 を参 考 に す る場 合 は,ほ ど毎 日で は な く,あ る い は週 に1,2回

とん

の ジ ョギ ン グに と どめ て お い て い た

な ら不 幸 が 回 避 で きた か も しれ な い とい う考 察 も可 能 に な る.日 常 的 な身

図1.3 

J.Fixxが

ジ ョ ギ ン グ中 急 死 の 記 事

体 活 動 の ため の 基 本 的 姿 勢 で あ る立 位 姿 勢 の保 持 時 間 が,1日

に3時 間 に

満 たな い場合 は骨 か らの カル シウム脱 失 を 防 ぐこ とが で きな い とい う Rodahl5)の 実 験 的 研 究,お

よ び長 期 の 臥 床 安 静 が 血 液 循 環 機 能 を低 下 させ

る だ け で な く骨 格 筋 の 分 解 を 促 進 さ せ る も の で あ る こ と を 証 明 し た Deitrickら6)に よ る知 見 は,そ れ こ そ 「足 が 弱 れ ば 長 生 き で き な い」 と喝 破 した 古 老 の 直 感 の 正 し さが確 認 され た とい え る.   こ れ らは い ず れ も 「寝 た き りに な っ て は お し まい だ 」 とい わ れ る こ との 医 学 的 検 証 に な っ て い るが,さ

らに これ に伴 う骨 格 筋 線 維 の 変 化 に 関 す る

研 究 で,抗 重 力 筋 中 の 緊 張 筋 線 維(赤

筋 線 維)の

減 数 に 注 目 し,そ の生 命

維 持 作 用 に 言 及 して い る 田 内7)の提 言 に は 特 に 耳 を 傾 け な け れ ば な ら な い.こ

れ らは い ず れ も 「生 命 維 持 に 必 要 な 身体 活動 の 下 限」 を示 唆 して い

る もの で あ るが,問 題 は その 対 極 とい え る上 限 が あ るの か と い うこ とに な る.   最 近,と

き ど き話 題 に な る活 性 酸 素 な どが そ の 手 が か りに な るか も しれ

な い とい わ れ て い るが,実 験 室 に お け る細 胞 レベ ル の 生 物 学 的 研 究 の場 な らば とに か く,優 れ た適 応 能 力 の も ち主 で あ る 人体 を全 体 と して取 り扱 う 運 動 の 生 理 科 学 の 立 場 か らは説 得 力 に 欠 け て い る.   多 くの 人 々 の 現 実 的 な 問 題 と して 重 要 な の は 徳 留 の 調 査 結 果8)であ る. 最 近5年

間 の40歳

か ら64歳

まで の ス ポー ツ 中 の 突 然 死201例

ス ポ ー ツ種 目別 に ま とめ た表1.2の

結 果 を ど の よ うに 考 察 す るか とい う こ

とで あ る. 表1.2  最 近5年

間 の40∼64歳

のス

ポー ツ 中 突 然 死201例 の 内 訳 (5位

につ い て,

まで)(徳

留,1990)8)

  社 会 通 念 的 に は,危 険 が 伴 な いが ち だ と考 え られ て い る ラ ン ニ ン グ を断 然 引 き離 して,ど

ち らか とい えば 中 高年 者 に対 して も安 全 だ と思 わ れ て い

る ゴル フが トップ に な っ て い る事 実 で忘 れ て な らな い の は,ア くい わ れ る"一 番 ホ ー ル 狭 心 症"で リー マ ン な どの場 合,忙

メ リカ で よ

あ る.仕 事 に追 い ま くられ て い るサ ラ

し くて 時 間 が な い た め に 自動 車 な ど を乗 り回 し,

エ レベ ー ター や エ ス カ レー ター は使 うが ,階 段 な ど 自分 の 足 で登 った こ と が な い とい うよ うな 日常 生 活 か ら,1か

月ぶ りに解 放 され て ゴ ル フ コー ス

に 出て くる.そ の うえ,準 備 運 動 もせ ず に い きな リス ター トす る とい う, 運 動 に 関 す る安 全 性 の 第 一 原 則 で あ る漸 進 性 を忘 れ た の が 致 命 的 とな る こ と を物 語 っ て い る.   そ して 全 く別 の角 度 か ら考 察 して み な け れ ば な ら な い の が,い

わ ゆ る接

待 ゴル フ で あ る.一 般 的 に は ス ポー ツ は精 神 ス トレ ス を解 消 す るの に役 立 つ とい わ れ て い るが,そ

れ は,ス

ポ ー ツ をす る こ とに よ っ て ス トレ ス とな

っ て い る仕 事 を全 く忘 れ る こ とが で き る場 合 で あ る.   仕 事 の ス トレス を 引 き ず りな が らの ス ポー ツ は,ス ポ ー ツに よ るス トレ ス と精 神 的 な ス トレ ス とが 相 乗 的 に 作 用 し,健 康 に役 立 つ ど こ ろか か え っ て疾 病 異 常 を 誘発 し,最 悪 の場 合 は 突 然 死 を引 き起 こ しか ね な い とい う こ と を示 唆 して い るの が,こ の 調 査 結 果 だ と考 え られ る の で あ る.   要 す る に,身 体 諸 機 能 を生 理 的状 態 に 保 つ た め に 不 可 欠 な 身体 活 動 で は あ るが,そ

の や り方 を誤 れ ば 志 と反 す る結 果 を招 きか ね な い若 干 の 問 題 点

を例 示 し て み た の で あ るが,だ

か ら と い って,「 身 体 活 動 とは両 刃 の 剣 で

あ る」 とい う よ う な安 易 な い い 方 をす る こ と に は賛 成 で き な い.   どん な に運 動 生 理 学 が 進 歩 し,体 力 科 学 の 新 知 見 が積 み上 げ られ て も, 絶 対 安 全 で しか も 充分 効 果 が あ る運 動 処 方 が確 立 さ れ る こ と は な い.常 に,試 行 錯 誤 を繰 り返 し なが ち そ の程 度 を調 節 して いか な け れ ば な らな い の が 身体 活 動 で あ るが,少

な く と も 「健 康 の た め に 生 きて い る」 の で は な

く,「生 き る 喜 び を享 受 しな が ら,何 の た め に生 き て い るの か と い うそ れ

ぞ れ の 人 生 目的 を達 成 す る た め に,で

き るだ け健 康 な状 態 を保 つ 努 力 を し

て い か なけ れ ば な らな い」 とい う覚 悟 を もつ こ とが 前 提 とな っ て い る.   言 い 換 え れ ば,危 険 を 回避 す る ため の智 恵 を身 に つ け,知 性 を磨 き続 け る こ とは,こ

の世 に 生 を受 け た 者 す べ て の責 任 な の で あ る.

文 献 1) 

吉 村 正 蔵:中

高 年 の 動 脈 硬 化 度.国

報 告 集,pp.24-30,タ 2) 

昭 和48年

3) 

小 野 三 嗣:長

ー

度

際 中高年 者 ス ポー ツ医学 シ ンポ ジ ウム

トル 協 会,1976.

日本 体 育 協 会 ス ポ ー ツ 科 学 研 究 報 告,p.47,68,1973. 期 間 ジ ョ ギ ン グ に お け る 指 摘 頻 度 の 追 求(第1報).体

力科

学,34(1),65-72,1985. 4) 

小 野 三 嗣:長

期 間 ジ ョ ギ ン グ に お け る 指 摘 頻 度 の 追 求(第2報).体

力科

学,44(2),307-312,1995. 5) 

Rodahl,K.,Birkhoad,N.C.,Blizzard,J.J.,Issekatz,B.and

R.:Physiological

changes

during

prolonged

Pruett,E.D. bed

rest.Blix,G.ed.,Nutri.

Physi.Act.,pp.107-113,Alm.Wih.Stochholm,1967. 6) 

Deitrick,J.E.,Whedon,G.D.and

upon

various

metabolic

Shorr,E.:Effects and

physiologic

functions

of immobilization of normal

men.Ame.J.

Med.,4,3-36,1948. 7) 

田内

寿 命(塩 8) 

久:健

徳 留 省 悟:最

85,文

康 体 で の 運 動 の 寿 命 へ の 影 響,2.骨

川 優 一,小

光 堂.1990.

近5年

野三 嗣

編),pp.34-47,朝

格 筋 機 能 か ら.運

動 と

倉 書 店,1981.

間 の ス ポ ー ツ 中 突 然 死 の 実 態.運

動 と 突 然 死,pp.67-

2 骨格 筋 と中枢神 経 の相互作 用

  わ れ わ れ は 身体 を動 か そ う とす る とき,あ る と こ ろ を表 現 し よ う とす る.そ

る 目的 を 意 識 し,そ の意 味 す

して,身 体 を構 成 して い る全 身 の筋 が 目

的 に 向 け て 調 和 の とれ た働 き をす る こ とに よ っ て 目 的 は達 成 され る.   す な わ ち,意

図 し た命 令 は脳 か ら体 性 神 経 系 お よ び 自律 神 経 系 を介 し末

梢 の 各 器 官 に 伝 え られ る こ とか ら,骨 格 筋 以 外 の 器 官 も と もに 活 動 して い る.し

た が って,骨

格 筋 の活 動 は運 動 を発 現 させ る の み で は な く,生 体 に

さ ま ざ ま な 影 響 を及 ぼ す こ と とな る.   運 動 の 発 現 は 体 性 神 経 系 を介 して行 わ れ,わ ら"随 意 運 動"と

い う.そ

れ わ れ の 意 に 随 う とこ ろ か

して,わ れ わ れ は随 意 運 動 を何 回 も繰 り返 して

い る う ち に 無 意 識 の う ち に巧 み な運 動 が で き る よ う に な る.こ れ が 運 動 学 習 で あ り,そ れ を可 能 に し て い る の は,わ れ わ れ の 身体 に 運 動 の 制 御 機 構 が 備 わ っ て い るか らで あ る.   こ こ で は そ の 神 経 機 構 に つ い て述 べ る と と もに,神 経 お よび 筋 の 形 態 あ る い は 機 能 の 維 持 は相 互 が 関 連 しあ っ て 維 持 さ れ て い る こ とか ら,そ の 関 係 に つ い て も述 べ る こ と とす る.

  1) 

運 動 の 計 画 か ら実 行 まで

  わ れ わ れ が あ る動 作 を意 図 して か らそ の 動 作 が 開 始 され る まで に,わ ず

図2.1  運 動 の計 画 か ら実 行 ま で の機 構 お よ び そ れ に 入 力 す る感 覚 情 報 と頭 頂 部 脳 電位 変 化 との 関 係(Kornhuber,1974)1) 下 図,準

備 電 位 の 発 生 は大 脳 皮 質 連 合 野,そ

して,運

動 前 陽性 電 位 の発 生 は 大脳

皮 質 運 動 野 よ りな され る.

か で は あ る が 時 間 の ず れ が あ る.こ の 時 間 の ず れ は,わ れ わ れ が大 脳 皮 質 連 合 野 で 運 動 を計 画 し,そ の 命令 が 筋 に到 達 し,筋 の収 縮 が 開 始 され る ま で の 時 間 で あ り,命 令 が 神 経 経 路 を伝 わ っ て い くの に 要 す る時 間 で あ る. そ の経 路 を 図2.1に

示 した.

  わ れ わ れ が大 脳 皮 質 連 合 野 で,あ

る運 動 を計 画 す る と神 経 細 胞 の 活 動 に

よ り発 生 す る 活 動 電 位 が 前頭 野 の 広 い 範 囲 で 記 録 で き る.こ れ を準備 電 位 とい う2).こ の運 動 計 画 情 報 は 小 脳 と大 脳 基 底 核 へ 送 られ,そ

の運動 計画

を い か に 実 行 す るか の プ ロ グ ラム が つ くられ る.こ の プ ロ グ ラ ム は視 床 へ 送 られ,そ

こ で 相 互 に干 渉 しあ う.

  さ らに そ の プ ロ グ ラ ム は大 脳 皮 質 運 動 野 に 至 り,運 動 に参 加 させ る筋 を 支 配 して い る神 経 細 胞 に情 報 を送 る.こ れ に よ り大 脳 運 動 野 電 位 で あ る運 動 前 陽 性 電 位 が発 生 す る.そ

して,こ

の情 報 は 主 と して 錐 体 路 を経 て脊 髄

に 至 り,α 運 動 神 経 を介 し筋 を活 動 させ る.   ま た,大 脳 連 合 野 で運 動 が 意 図 され る とそ の 情 報 は 各 種 感 覚 器 に も送 ら

れ る こ とか ら,情 報 が 運 動 神 経 に 送 られ る 間 に種 々 の感 覚 情 報 に よ る修 飾 を受 け るこ と とな る.

  2) 

運動の学習

  わ れ われ は 意 図 した運 動 を行 っ た 際 に 動 作 に誤 差 が生 じた と き そ の間 違 い に す ぐ気 づ く.こ の誤 差 を検 出 して い るの が 感 覚 情 報 で あ る.そ

して,

こ の 誤 差 の 修 正 を行 うこ と を繰 り返 す こ とに よ り,そ の運 動 を洗 練 され た 動 作 で 巧 み に行 う こ とが で き る よ うに な る.こ れ が 運 動 学 習 で あ る.そ

し

て,こ の 運 動 学 習 は 小 脳 の働 きに よ る とこ ろ が 大 き く,ま た,神 経 細 胞 の 可 塑 性 が あ る こ とか ら これ が 可 能 と も な る.   小 脳 は,大 脳 連 合 野 か ら の運 動 計 画 情 報 を受 け,運 動 の プ ロ グ ラ ム を作 成 す る.こ の 作 業 を行 う ため に は,小 脳 に そ の運 動 の 作 業 様 式 が 記 憶 され て い なけ れ ば な ら な い.こ の 運 動 様 式 は 小 脳 の平 行 線 維 に 記 憶 され て い る (図2.2).そ

して,大 脳 連 合 野 か らの 運 動 計 画 情 報 を受 け,記

憶 され てい

  図2.2  小 脳 皮 質 の ニ ュー ロ ン 回 路 とそ の働 き(伊 勝,1986)3) 小 脳核,前 庭 核 を通 る信 号 の 流 れ を小 脳 皮 質 の抑 制 信 号 が 修 飾 す る.ま た,出 力 に 計 画 との 誤 差 が 生 ず る と,そ の 誤 差 信 号 は登 上 線 維 を介 して伝 え られ,平 行 線 維 か らプ ル キ ンエ 細 胞 に伝 え られ る情 報 を長 期 抑 制 し,プ ロ グ ラ ム の 書 換 え を行 う.

る運 動 様 式 と比 較 検 討 し,外 界 の 条 件 な どの 修 飾 も受 け,目 的 とす る運 動 プ ロ グ ラ ム の 作 成 が行 われ る.こ れ に よ り計 画 した 運 動 の発 現 が 可 能 と な る.   さ ら に,作 製 さ れ た プ ロ グ ラ ム に よ って 行 わ れ た 運 動 が,計 画 した運 動 と誤 差 が 生 じた 場 合,そ

の 誤 差 情 報 は 筋 自体 の 感 覚 器 あ る い は 筋 以 外 の感

覚 器 か ら フ ィー ドバ ッ ク され,登 上 線 維 を上 り,平 行 線 維 か らプ ル キ ンエ 細 胞 に 入 っ て くる情 報 を長 期 に わ た り抑 制 す る4).こ れ に よ りプ ロ グ ラ ム の修 正 が 行 わ れ る こ と と な り,こ れ を繰 り返 す こ とに よ っ て,よ

り正 確 な

動 きが 可 能 と な る プ ロ グ ラ ムが 記憶 され る こ とに な り,動 作 は よ り巧 み な もの と な る.   こ の よ う に,何 を,"可

か の 条 件 に よ っ て 情 報 の伝 達 の 仕 方 が 変 わ る シ ナ プ ス

塑 性 シナ プ ス"と

よぶ.こ

の よ うな シナ プ スが あ る こ とに よ り学

習 が 可 能 とな る.

  3) 

骨格 筋 活 動 の 大脳 へ の影 響

  わ れ わ れ は 立 っ て は 眠 れ な い.そ れ は 骨 格 筋 の 活 動 が 大 脳 を賦 活 して い る こ とか ら考 え られ る.時 実5)は図2.3に

示 す よ う な賦 活 系 の 模 型 を示 し

て い る.大 脳 皮 質 全 体 の 活 動 水 準 を規 定 す る 中心 は視 床 下 部 で あ って,そ の 持 続 的 ・基 本 的 活 動 水 準 が 脳 幹 網 様 体 か らの 賦 活 を受 け て い る と し,素 朴 な 意 識 が 視 床 下 部 の 活動 に よ り,明 敏 な 意 識 が 網 様 体 活 動 に よ って もた ら され るの だ と説 明 して い る.   網 様 体 賦 活 系 を興 奮 させ る重 要 な情 報 と して 骨 格 筋 の 活 動 を認 め,特

に

咬 筋 に 生 じる伸 張 反 射 に よ る脳 波 パ ター ンの 覚 醒 化 を立 証 して い る.咬 筋 の 運 動 を司 る だ け で は な く,咬 筋 の 筋 紡錘 か ら出 る イ ンパ ル ス を脳 に伝 え る神 経 で も あ る 三 叉 神 経 を,延 髄 に 入 る箇 所 で切 断 す る と脳 波 が 深 い 眠 り の パ ター ン に変 化 す る とい う事 実 も,そ れ を裏 書 き して い る もの と考 え ら れ る.

図2.3  大 脳 皮 質 の 働 き を支 え る仕 組 み(時

実,1965)5)

  ま た,血 糖 の 低 下 に よ り血 中 ア ドレナ リン濃 度 が 上昇 す る と,こ れ が 網 様 体 賦 活 系 を強 く刺 激 し,活 動 性 が 高 ま る との 報 告 もあ る6).運 動 時 に も 同 様 に血 中 ア ドレナ リン濃 度 の 上 昇 が み られ る こ とか ら網 様 体 賦 活 系 を興 奮 させ る要 因 とな っ て い る と考 え られ る.   この よ う な骨 格 筋 活 動 の 大 脳 へ の影 響 が,一 時 的 な 賦 活 だ け な の か,そ れ と も長 期 に わ た る効 果 が あ るか は 重 大 な研 究 課 題 で あ る.最 近,運

動と

サ イ トカ イ ンに 関 す る問 題 も提 起 さ れ る よ うに な り,こ れ らを介 して も神 経 系 に 影 響 を及 ぼ して い る と も考 え られ る.そ

して,こ の 影 響 は 内 分 泌 系

さ らに は免 疫 系 に も及 び,こ れ も運 動 が 生 体 に及 ぼ す 影響 の 重 要 な研 究 課 題 で あ る.

文 献 1) 

Aschofl,J.C.,Conrad,B.and nystagmus disease.J.Neurol

2) 

Sasaki,K.and

with

Kornhuber,H.H.:Acquired

oscillopsia

in multiple

sclerosis:a

pendular sign

of

cerebellar

nuclei

Neuro,Psychi.,37,570-577,1974. Gemba,H.:Development

and

change

of

cortical

field

potentials in

the

during

learning

processes

monkey.Exp.Brain

of

visually

3) 

伊 藤 正 男:脳

の メ カ ニ ズ ム,p.136,岩

4) 

伊 藤 正

経 研 究 の 進 歩,p.25,pp.1314-1320,医

5) 

時 実 利 彦:脳

6) 

Dell,P.C.:Humoral Retacular

男:神

の 話,p.201,岩

Formation

initiated

hand

movements

Res.,48,429-437,1982.

学 書 院,1981.

波 書 店,1965. effects

of

波 書 店,1986.

the

on

the

brain

Brain,pp.356-378,Little

stem

reticular

formations.

Brown,Boston,1958.

3 筋の神 経支 配 と筋力発揮

  1)  骨 格 筋 の 神 経 支 配   ヒ トの 身体 に は約400個

の 骨 格 筋 が あ り,そ れ ら が 作 成 され た プ ロ グ ラ

ム に 従 い協 調 し て収 縮 す る こ とに よ り さ ま ざ ま な運 動 を可 能 に して い る.   その 骨 格 筋 は 直径 が30∼150μmで,腱

か ら腱 に伸 び る複 数 の 筋 線 維 が

束 とな っ て 構 成 され る.筋 線 維 の 長 さ は 筋 に よ っ て ま ち ま ち で あ り,数 mmの

も の か ら大 腿 部 の 筋 で は20∼30cmに

も及 ぶ.そ

して,そ

は 運 動 神 経 か ら の 情報 に よ り調 節 さ れ て い る.

図3.1  骨 格 筋 が 多 くの 筋 線 維 に よ っ て構 成 さ れ て い る よ うす を示 した 模 式 図 運 動 神 経 が何 本 か ずつ の 筋線 維 を 支 配 して い る よ うす も示 した.

の収縮

  一 個 の運 動 神 経 の 先 は枝 分 か れ し,多 数 の 筋 線 維 と接 合 して お り,そ れ らの 筋 線 維 は 筋 内 に分 布 して い る(図3.1).そ

して,一 個 の 運 動 神 経 に 興

奮 が 発 生 す る とそ れ に 接 合 して い る 多数 の筋 線 維 に 同時 に収 縮 が起 こ る. これ を運 動 単位(motor

unit)と

い う.し か し,一 個 の 運 動 神 経 が 支 配 す

る筋 線 維 の 数 は一 定 で は な く,デ リケー トな動 き を要 す る筋,た

とえ ば,

眼 球 を動 か す 筋 で は数 本 で あ り,脚 筋 な ど大 きな 力 発 揮 が 必 要 な筋 で は数 百 本 に も及 ぶ.

  2) 

筋 線 維 特 性 と運動 単 位

  力 発 揮 の調 節 は,動 員 す る運 動 単 位 の 数 と運 動 神 経 が 刺 激 頻 度 を変 化 さ せ る こ とに よ って,個

々 の 筋 線 維 が 発 生 す る力 を変 え る こ とに よ って 行 わ

れ る.   骨 格 筋 の 収 縮 特 性 は,筋 が 身体 の ど こに つ い て い るか に よ り,少 しず つ

図3.2  骨 格 筋 の 筋 線 維分 布(Narusawa,1987)2) 写 真 は 生 後10日

の ラ ッ トの 前 頸 骨 筋(AT)と

(EDL)の

横 断 切 片 標 本 で あ る.写 真 左 はslow

右 はfast

myosin抗

体,

体 で それ ぞ れ 染 色 さ れ て い る.い ず れ も写

真 右 側 が 前 頸 骨 とな り,深 層 部 にslow て とれ る.

長指伸 筋 myosin抗

fiberの

多い ことが見

異 な る.そ れ は,骨 い 速 筋 線 維;fast

格 筋 に は収 縮 特性 の 異 な る2種 類 の 筋 線 維(収

縮 の速

fiberと そ れ よ り も収 縮 速 度 の 遅 い 遅 筋 線 維;slow

fiber)が 混 在 して い る こ とに よ る.   そ して,そ れ ら の分 布 は,図3.2で

み られ る よ うに 一 般 に,表 層 に近 い

筋 に は速 筋 線維 の割 合 が 多 く,深 層部 の 筋 に は遅 筋 線 維 の 割 合 が 多 い.同 一 筋 にお い て も こ の 特 徴 が み られ,深 層部 ほ ど遅 筋 線 維 の 割 合 は 大 き くな る1,2).   ま た,運 動 神 経 に も2種 類 あ り,そ の 一 つ は後 過 分 極 電 位 の持 続 時 間 が 短 く放 電 頻 度 が 高 く,そ して,神 経 軸 索 の 直 径 が 太 い こ とか ら伝 導 速 度 も 速 い,相 動 性 ニ ュ ー ロ ン で あ る.こ の運 動 神 経 は速 筋 線 維 を支 配 す る.も う一 つ は,逆

の 性 質 を もつ 緊 張 性 ニ ュー ロ ン で あ り,こ れ は 遅 筋 線 維 を支

配 す る.   これ らの 性 質 は ま ず運 動 神 経 で決 定 され,そ れ に支 配 され た筋 線 維 の タ イ プ分 化 は 運 動 神 経 の 性 質 に よ っ て決 定 され る.そ

して,遅 筋 で あ る ヒ ラ

メ筋 の 運 動 単 位 は持 続 的 な放 電 を示 し,皮 膚 か ら の求 心 性 刺 激 で は興 奮 せ ず,逆 に 抑 制 さ れ る.一 方,速 筋 で あ る腓 腹 筋 の 運 動 単 位 は 皮 膚 か らの 求 心 性 刺 激 に よ っ て容 易 に興 奮 す る.   また,各 種 の 反 射 運 動 で の 腓 腹 筋 の 活動 を記 録 す る と,す べ て の運 動 単 位 の うち約40%は 応 し,そ

屈 曲 反 射 刺 激 に 反 応 し,約23%が

して 約37%は

姿 勢 反 射 の変 化 に 反

両 方 の 刺 激 に 反 応 す る.す な わ ち,各 種 の 反 射 運

動 に対 応 す る運 動 単位 が 活動 す る3).   そ して,運 動 神 経 と筋 の機 能 維 持 は相 互 の正 常 な機 能 が発 揮 さ れ る こ と に よ り可 能 とな る.た

とえ ば,筋 の 収 縮 活動 が 大 き く低 下 す る と,支 配神

経 に脱 分 化 が 起 こ る.一 方,除 神 経 に よ り筋 は 萎 縮 を起 こ し,消 失 して し ま う.   ま た,腱

を切 断 した り関 節 を固 定 す る と,運 動 神 経 支 配 が 正 常 で あ っ て

も筋 萎 縮 が起 こ る.特

に遅 筋 線維 の 割 合 が 多 く,姿 勢 保 持 の ため に持 続 的

な収 縮 を行 っ て い る ヒ ラ メ筋 で それ が 顕 著 で あ り,筋 線 維 タ イプ に変 化 が 生 じ活動 パ ター ン も変 わ る.こ の こ とは,筋 の正 常 な形 態 と機 能 を維 持 す る ため に は 筋 活 動 が 必 要 で あ る こ とを示 して い る.す な わ ち,相 互 が 正 常 に機 能 す る こ と に よ り,神 経 か ら 筋 へ,ま factorが 放 出 され,そ

た,筋

か ら神 経 へ とtrophic

れ が 形 態 お よ び機 能 の 維 持 に 重 要 な 役 割 を 果 た し

て い る と考 え られ る.

  3)  等 尺 性 最 大 筋 力 と筋 断 面 積   ヒ トが発 揮 で き る等 尺 性 最 大 筋 力 は,筋 力 発 揮 に 働 く筋 の 断 面 積 と参 加 す る運 動 単 位 数 で決 ま る.し た が って,発 揮 筋 力 を単 位 断 面 積 当 た りで み る と,性 や 年 齢 に 無 関 係 で一 定 で あ る4).福 永 は 成 人 男 女 に つ き上 腕 屈 筋 の 絶 対 筋 力 と上 腕 屈 筋 断 面 積 との 関 係 を調 べ,そ

の 筋 力 が6.4kg/cm2で

あ っ た と報 告 して い る4).   しか し,筋 力 トレー ニ ン グ を行 う と筋 断 面 積 の 増 加 と絶 対 筋 力 の 増加 が 認 め られ,ト kg/cm2と

レー ニ ン グ60日

な る.そ

で 単 位 筋 断 面 積 当 た りの 絶 対 筋 力 は 約11

して この と き,筋 放 電 量 の 増 加 も認 め て い る.こ

のこ

とは トレー ニ ン グ に よ り動 員 で き る運 動 単 位 の数 が 増 加 し,単 位 筋 断 面積 当 た りの絶 対 筋 力 を増 加 させ た と考 え られ る.す な わ ち,筋 力 トレー ニ ン グ は 筋 断 面 積 を増 加 させ る の み で は な く,い か に 多 くの 筋 線 維 の 動 員 が で き るか も問題 とな る.   この よ うな 筋 肥 大 は 動 物 で も認 め られ て お り,イ ヌ に 激 しい トレ ッ ド ミ ル ラ ン ニ ン グ を2か 月 間 に わ た り負 荷 し た結 果,M. が50%以

上 も増 加 した.そ

して,こ

sartriusの 横 断 面 積

の筋 断 面 積 の 増 加 は,筋 線 維 数 の 増

加 で は な く筋 線 維 の 肥 大 に よ る こ とが 報 告 され て い る5).   また,こ

の 筋 線 維 の 肥 大 も トレー ニ ン グ方 法 に よ り異 な る こ と も報 告 さ

れ て い る.た

とえ ば,筋

fast fiber/slow

力 増 加 を 目的 と し た動 的 筋 力 トレー ニ ン グ で は

fiber面 積 比 に増 加 が 認 め ら れ た との 報 告 が あ る6,7).一

方,持

久 的 ラ ン ニ ン グ ト レ ー ニ ン グ で はslow

も 報 告 さ れ て い る8).さ

ら に,静

fiberの 肥 大 が 大 き い こ と

的 筋 力 ト レ ー ニ ン グ で もslow

fiberが

肥

大 す る こ と が 報 告 さ れ て い る9).

文

献

1) 

Armstrong,R.B.and the

2) 

Phelps,R.O.:Muscle

fiber

type

composition

of

hindlimb.Am.J.Ana.,171,259-272,1984. Narusawa,M.et

al.:Slow

myosin

in

developing

rat

skeletal

muscle.J.

Cell.Biol.,104,447,1987. 3) 

Vrbova,G.,et

al.(湯

浅 龍

彦 監 訳):神

経

と 筋 の 相 互 作 用,西

村 書

店,

1991. 4) 

福 永 哲 夫:ヒ

ト の 絶 対 筋 力,p.198,杏

5) 

Morpurgo,B.:Uber

accivitats-hyper

Virchows 6) 

林 書 院,1978. trophic

der

willkurlichen

muskeln.

Archiv.,p.150,pp.552-554,1897.

Costill,D.L.:Adaptations

in

skeletal

muscle

following

strength

train

ing.J.Appl.Physiol.,46,96-99,1979. 7) 

Thorstensson,A.:Muscle man.Acta

8) 

strength,fiber

types

and

enzyme

activities

in

Physiol.Scand.Suppl.,443,1976.

Goldspink,G.:The

proliferation

of

myofibrils

during

muscle

fiber

growth.J.Cell.Sci.,6,593-603,1970. 9) 

菊 池 邦 雄:中 究.体

間 筋 線 維 に 及 ぼ す 筋

力 科 学,22,17-25,1973.

ト レ ー ニ ン グ の 影 響 に 関 す

る 組 織 学 的 研

4 骨格 筋 の出力特性

  1) 

力-速 度 関 係

  骨 格 筋 が 抵 抗 に 対 して 収 縮 す る と き発 生 す る張 力 を筋 力 とよ ん で い る. そ して,こ

の 力 で 骨 格 を動 か し,運 動 が 生 じる.し か し,多

合,骨 格 筋 は て この 原 理 で骨 格 を動 か す た め,わ

くの 運 動 の 場

ず か な 収 縮 で強 い収 縮 を

しな け れ ば な らな い.   筋 に種 々 の重 量 負 荷 をか け て 短 縮 させ る と,負 荷 重 量 が 重 い と きは そ の 短 縮 速 度 は遅 く,負 荷 が 軽 い と短 縮 速 度 は 速 い.こ の ときの 負 荷 重 量 と短 縮 速 度 と の 関 係 は 図4.1に

み られ る よ う に 直 角 双 曲 線 で近 似 で き る1).こ

の と き,筋 が発 揮 で きる最 大 の 力 と負 荷 重 量 が つ り合 う と,筋 は 短 縮 で き ず 短 縮 速 度 ゼ ロ とな る.こ の と きの 収 縮 を等 尺 性 収 縮(isometric traction)と

con

よ び,発 揮 され る筋 の 力 は 等 尺 性 最 大 張 力 で あ る.

  逆 に,負 荷 が ゼ ロの と きに は 筋 固 有 の 最 大 短 縮 速 度 を示 す.こ

の最大短

縮 速 度 は ヒ トの 筋 にお い て も,同 一 の 筋 で等 尺 性 最 大 筋 力 が ほ ぼ 倍 違 う男 女 で あ っ て も,ほ   そ して,こ

とん ど異 な ら な い こ とが 推 定 され て い る2).

の2条 件 で は,筋

の収 縮 は あ る が い ず れ も仕 事 量 は ゼ ロ で あ

る.し か し,こ れ らの 条 件 で の 筋 収 縮 で もエ ネ ル ギ ー の 消 費 は あ る.す な わ ち,筋 で消 費 され るエ ネ ル ギー の す べ てが 仕 事 に 変 換 され るわ け で は な く,一 部 は熱 として 失 わ れ る.

図4.1  筋収 縮 の 力-速

度 関 係 とエ ネ ル ギー 消 費 の相 関

  た とえ ば,最 大 張 力 を発 揮 して い る と き,そ の 張 力 が 負荷 重 量 とつ り合 っ て い れ ば,筋

の短 縮 は な く仕 事 量 は ゼ ロ で あ る.し か し,こ の と き筋 は

そ の 負 荷 を動 か そ う と努 力 し収 縮 は行 わ れ て い る.そ の た め,エ ネ ル ギー 消 費 量 を測 定 す る とゼ ロ とは な らず,熱

の 発 生 が み られ る.こ れ を維 持 熱

とい う.   一 方,最 大 張 力 よ り負荷 重 量 が 軽 くな る と筋 は短 縮 す る.し か し,短 縮 す る 際 に は摩 擦 な どに よ る余 分 な 熱 が 発 生 す る.そ 短 縮 速 度 に 比例 して 増 加 す る.し た が っ て,筋

して,こ

で消 費 され た全 エ ネ ル ギ ー

は仕 事 と して 外 に な され た もの(機 械 的 エ ネ ル ギー)と も の(熱 エ ネ ル ギ ー)と

の余 分 な 熱 は

熱 と して失 わ れ た

の和 とな る.

  取 り出 し た 筋 で は 化 学 的 エ ネ ル ギー が 機 械 的 エ ネ ル ギ ー に 変 換 され る効 率 は約60%で

あ り,機 械 で はせ いぜ い20%で

あ る こ とか ら,い か に能 率

の よ い エ ネ ル ギ ー 変 換 で あ る か が わ か る.   ま た,筋 の 短 縮 速 度 とエ ネ ル ギー 消 費 量 との 関係 をみ る と,図4.1に

示

さ れ て い る よ うに,最

大 短 縮 速 度 の 約1/3の

速 度 で 短 縮 させ た と き とな

る.   この こ と は,変 速 ギア の つ い た 自転 車 に乗 った と きに体 験 で き る.軽 い 負荷 に な る よ うに ギ ア 比 を設 定 し 自転 車 を こ ぐと,足

を速 く動 か さ ね ば な

らず 疲 れ を感 ず る.こ れ は 筋 を速 く短 縮 させ る とエ ネ ル ギー 効 率 が 低 くな る た め 生 ず る.し た が って,足

の動 きが あ ま り速 くな らな い 強 め の 負 荷 と

な る よ うギ ア 比 を設 定 し 自転 車 を こ ぐと きが 最 も効 率 が よい とい え る.

  2) 

筋 パ ワー

  わ れ わ れ が 身 体 の移 動 あ る いは 物 体 を移 動 させ る ため に は,あ

る負 荷 条

件 で 筋 が 短 縮 す る こ とが 必 要 で あ る.こ の よ う な 収 縮 を 等 張 力 性 収 縮 (isotonic contraction)と

よぶ が,こ

の と き行 わ れ た仕 事 を筋 の 仕 事 量 と

して表 す こ とが で き る.す な わ ち,単 位 時 間 に行 った 筋 の 仕 事 量 は 次 式 で 表 す こ とが で き る.  仕 事 量=筋 の 短 縮 速 度 × 負荷   ヒ トの 筋 の仕 事 量 を種 々 の 負 荷 条 件 で 測 定 し,パ ワー 曲線 と して描 く と 図4.2の

よ うに な る.そ

最 大 短 縮 速 度 と も約1/3の

して,最 大 パ ワー が 得 られ るの は最 大 筋 力 お よ び 条 件 と な る.こ の 最 大 パ ワ ー は,同 一 筋 で あれ

ば 先 に も述 べ た よ う に,そ の 短縮 速 度 に大 き な差 異 が な い こ とか ら,最 大 筋 力,す

な わ ち 筋 の 断 面 積 で 決 ま る.

  しか し,ト

レー ニ ン グの 方 法 に よ っ て は 筋 の 短 縮 速 度 も変 化 す る こ とか

ら,ア ス リー トで の 測 定 値 に は ば らつ き も大 き くな る.こ の こ とは,目 的 に 合 っ た パ ワー 発 揮 能 力 を 向上 させ る必 要 の あ る こ と を考 え させ る.

  3) 

トレ ー ニ ン グ と筋 パ ワ ー

  図4.2に

は 負 荷 強 度 を変 え トレー ニ ン グ を行 っ た場 合 の パ ワー 変 化 が 示

さ れ て い る3).す な わ ち,Aは

等 尺 性 最 大 筋 力(100%)発

揮,B,Cそ

図4.2  異 な る 負 荷 強 度 に よ る トレー ニ ン グ(週3日,12週 に及 ぼ す 影 響(金 A:最

大 筋 力 負 荷 で の ト レー ニ ン グ(2秒

%負 荷 トレー ニ ン グ,C:最

間)が

力-速 度 お よ び パ ワー

子,1981)2) 大 筋 力 の30%負

ず つ10回

の 等 尺性 収 縮),B:最

荷 トレー ニ ン グ,D:負

大 筋 力 の60

荷 ゼ ロ で の トレー ニ

ン グ. な お,各

してDは

トレー ニ ン グ と も被 検 者 は 異 な って い る.

最 大 筋 力 の60%,30%そ

して0%(無

屈 曲 を最 大努 力 で毎 日10回 行 わせ,筋

負 荷)の 各 負 荷 強 度 で 腕

の 力-速 度 関 係 を測 定 し,筋 パ ワー

を求 め た もの で あ る.   100%負 荷)負

荷 強 度 で の ト レー ニ ン グ は最 大 筋 力 を 増 大 さ せ,0%(無

荷 で は最 大 収 縮 速 度 が 高 ま る.そ れ に 対 し,60%と30%の

負 負荷 強

度 で は 筋 力,収 縮 速 度 と もに 増 加 を示 し,さ らに,筋 パ ワ ー の 増 加 が 顕 著

で あ る.こ

の こ と は 筋 パ ワ ー を 高 め る た め に は 筋 力 と ス ピー ドの 向 上 が 重

要 で あ る こ と を 示 し て い る.ま の 発 揮 能 力 の 向 上 を 考 え,ト

た,そ

れ ぞ れ の 運 動 特 性 に合 っ た筋 パ ワ ー

レ ー ニ ン グ 負 荷 強 度 あ る い は ス ピ ー ドを 考 え

ト レー ニ ン グ を 行 っ て い く 必 要 性 も 示 唆 さ れ て い る.

  4) 

トレ ー ニ ン グ と筋 線 維 タ イ プ

  ト レ ー ニ ン グ に よ り筋 線 維 タ イ プ の 移 行 が 起 こ る か と の 問 題 も あ る が, fast fiberとslow か し,テ

fiber数

の 比 率 が 変 化 す る と の 報 告 は ほ と ん ど な い.し

ノ ト ミ ー に よ り代 償 性 肥 大 を 引 き起 こ す とslow

比 率 が 増 加 す る こ と が 報 告 さ れ て い る3).こ

type

myosinの

の こ とは 筋 の 仕 事 量 が 異 常 に

増 加 す る と エ ネ ル ギ ー 効 率 を よ く す る た め にslow

myosinの

比 率 を増 す

と考 え ら れ て い る.   しか し,ト

レ ー ニ ン グ で の 負 荷 強 度 に は 代 謝 酵 素 活 性 を変 化 さ せ る こ と

で 対 応 で き る た め に,筋

文

線 維 タ イ プ 変 化 は 生 じ な い と考 え ら れ る.

献

1)  Hill,A.V.:The

heat of shortening

fibers.Proc.R.Soc.,B 2)  金 子 公 宥 ・他:人 果.体

and the dynamic

constants

of muscle

126,136-195,1938. 体 筋 の 力 ・速 度 ・パ ワ ー 関 係 に 及 ぼ す トレ ー ニ ン グ 効

力 科 学,30,89,1981.

3)  Leferovich,J.M.et in overloded -253 ,1991.

muscles

al.:Expression

of slow

of the developing.J.Muscle

and fast myosin Res.Cell

heavy

chain

Moti.,12,247

5 筋 力 トレー ニ ン グ

  1) 

対 象 者 と トレー ナ ビ リテ ィ

  筋 の 最 大 張 力 を 増 大 さ せ る に は,筋 さ せ,そ

に あ る水 準 以 上 の 負荷 を加 え て収 縮

れ を 一 定 期 間 以 上 継 続 す る こ と が 必 要 で あ る.そ

し て,種

々の方

法 で 負 荷 を 加 え 筋 力 の 増 大 を 企 て る の が 筋 力 ト レ ー ニ ン グ で あ る.   し か し,種 (isometric

々 の 運 動 に お い て 主 要 と な る 筋 の 収 縮 様 式 が,等 contraction),短

は 伸 張 性 収 縮(eccentric

縮 性 収 縮(concentric contraction)に

力 発 揮 が ど の 程 度 で あ る か に よ り,ト

尺性 収 縮

contraction),あ

よ る か,あ

る い は その と きの 筋

レ ー ニ ン グ の 負 荷 強 度,頻

そ して そ の 組 合 せ 方 な ど は 多 様 と な る.さ

ら に,対

るい

象 者 の 性,年

度,間

隔

齢,あ

る

い は ト レ ー ニ ン グ 程 度 に よ っ て も ト レ ー ニ ン グ 効 果 に 差 異 が 生 ず る.   し た が っ て,以

下 に 紹 介 す る知 見 を一 応 の 法 則 性 が 示 され て い る もの と

理 解 し参 考 に さ れ た い.   Hettinger1)がisometric

trainingに

性 ・年 齢 別 に 示 し た 結 果 が 図5.1で ー ニ ン グ 効 果 を100と れ,特

よ る等尺 性最 大 筋 力 の増 大 効果 を あ る.図

して 示 し て あ る

.ま

で は,男

前 後 の トレ

ず 性 差 の 大 き い こ とが 認 め ら

に 性 成 熟 期 で そ の 差 は 大 き く な っ て い る.こ

維 肥 大 に 影 響 す る こ と を示 す も の で あ る.す

子25歳

れ は性 ホ ル モ ンが 筋 線

な わ ち,性

成 熟期 を迎 え る と

性 ホ ル モ ン の 血 中 濃 度 は 男 女 で 大 き く異 な る よ うに な り,蛋

白合 成 作 用 を

図5.1 

筋 肉 の 被

ト レ ー ニ ン グ 性 の 性 ・年 齢

に お け る 比 較(Hettinger,1961)1)

促 進 す る テ ス トス テ ロ ン(testosterone)の 一 方

,女

血 中 濃 度 は 男 性 で 高 く な る.

性 ホ ル モ ン で あ る エ ス トロ ゲ ン(estrogen)の

で 高 く な る.こ な る.そ

れ ら の 変 化 は,男

し て,エ

血 中 濃 度 は,女

性

女 の 体 格 ・体 型 に も 影 響 を 及 ぼ す こ と と

ス ト ロ ゲ ン は,特

に 速 筋 に 作 用 し,そ

の 肥 大 を抑 制 す

る2).   ま た,年

  2) 

齢 に よ り トレ ー ナ ビ リ テ ィ も 異 な る こ と が 示 さ れ て い る.

筋 力 トレ ー ニ ン グ 効 果 と運 動 能 力

  さ ら に,isometric

trainingを

行 う に あ た り注 意 す べ き 点 は,ト

ン グ を 行 う際 の 関 節 角 度 で あ り,脚

筋 を 用 い て のisometric

そ の 効 果 は ト レ ー ニ ン グ 実 施 角 度 の 前 後20度 た が っ て,対

レー ニ

trainingで,

ぐ ら い に し か 及 ば な い.し

象 と す る 運 動 動 作 で ど の 角 度 が 重 要 に な る か を 把 握 し,そ

の

条 件 を 満 た す 角 度 で トレ ー ニ ン グ を行 う 必 要 が あ る.   Lindenburgはisometric

leg

pressを6週

間 に わ た り行 わ せ た が,立 ち

幅 跳 び の 記 録 に は 影 響 し な か っ た こ と を 報 告 し て い る3).ま isometric

trainingとconcentric

trainingを

垂 直 跳 び の 成 績 に 影 響 す る か を 調 べ た.し

た,小

そ れ ぞ れ 行 わ せ,そ か し,そ

野 らは の効 果 が

れ ぞれ の トレー ニ ン グ

方 法 で は最 大 筋 力 の 増 大 が 認 め られ た もの の,垂 直 跳 び の 記 録 の 向上 は な か っ た と して い る4,5).   さ らに,小 野 ら は 異 な る被 検 者 に も同 様 の トレ ー ニ ン グ を行 わ せ て お り,そ の 場 合 に は 筋 力 トレー ニ ン グ効 果 が 垂 直 跳 び の 成 績 向上 に つ なが っ た と報 告 して お り6),ト レー ニ ン グ対 象 に よ りそ の 効 果 が 一 様 で な い こ と を示 して い る.   ジ ャ ンプ で 高 く跳 ぶ た め に は 発 揮 筋 力 と と もに蹴 出 し速 度 も大 き くし な け れ ば な ら な い.金 子 らは,ト が,そ

レー ニ ン グ に よ り筋 の収 縮 速 度 が増 加 す る

の 傾 向 は 負 荷 強 度 に よ り異 な る と報 告 して い る(図4.2).し

って,ト

たが

レー ニ ン グに 際 して は,最 大 筋 力 の増 大 と と もに 目的 とす る運 動

動 作 の 速 度 で 充 分 な 筋 力 発 揮 が で き る方 法 を取 り入 れ る こ との 重 要 性 が 示 唆 され る.   そ れ を示 唆 す る結 果 が 図5.2で グ を行 い,そ

あ る.こ の 結 果 は,垂 直 跳 び トレー ニ ン

の 主 動 筋 で あ る大 腿 直 筋,大

殿 筋,大

腿 二 頭 筋,腓 腹 筋 の 筋

電 図 を記 録 し,そ れ らの 筋 の収 縮 時 間 の合 計 を トレー ニ ン グ の経 過 に 伴 い 測 定 した もの で あ る.ト

レー ニ ン グ経 過 に伴 い 筋 収 縮 時 間 は短 縮 を示 して

お り,蹴 出 し速 度 を大 き く して い る こ と を うか が わせ る.ジ ャ ン プ の よ う な 瞬 発 的 な 運 動 で は パ ワー をい か に 増 加 させ るか が 重 要 で あ る こ と を示 唆 して い る.   一 方,図5.3に

お い て,腕 相 撲 で の 筋 活 動 の状 況 を筋 電 図 か ら観 察 す る

と,ト レー ニ ン グ度 が 高 くな る につ れ,広 範 囲 の 関 節 肢 位 に お いて 多 くの 筋 に 高 い筋 放 電 が 認 め られ,上 肢 筋 群 の 活 動 が 広 範 囲 に わ た っ て 行 われ て い る こ と を うか が わせ る.   以 上 の 事 柄 は,運 動 能 力 を向 上 させ る た め に は最 大 筋 力 の増 加 は もち ろ ん 重 要 で あ る が,増 加 した 筋 力 を運 動 動 作 に 即 して い か に発 揮 させ た ら よ い か,す

な わ ち,神 経 系 の参 加 を も考 慮 に 入 れ トレー ニ ン グす るこ との 必

要 性 を示 唆 して い る とい え る.

図5.2  垂 直 跳 び トレー ニ ン グに よ る大 腿 四 頭 筋 の 筋 収 縮 合 計 時 間 の 変 化(小

(a)腕 相撲未鍛練者の筋電図

野,1967)6)

(b)腕 相撲高度鍛練者の筋電図

図5.3  腕相 撲 の トレー ニ ン グ程 度 と上 肢 筋 群 筋 電 図 パ ター ン の差 異

3)   

ト レー ニ ン グ の 頻 度

Hettingerは 2週 間 に1度

筋 力 ト レー ニ ン グ 効 果 を 得 る た め に は,毎 で は 効 果 が 得 ら れ な い と し て い る.

日1回

が よ く,

  し か し,小

野 ら5)は40∼46歳

す る と い う 方 法 で,ト 回 行 わ せ た 結 果,そ し た.こ

レ ー ニ ン グ を2週 の 保 持 時 間 は2.5秒

の こ と は2週

間 に1度

る こ と を 示 す も の で あ り,効

文

の 男 子 に 肘 関 節100度 間 に1度

で 負 荷 重 量 を保 持

だ け 行 わ せ,20週

か ら9.5秒

と 約3.8倍

で11

の 増 加 を示

の ト レ ー ニ ン グ で あ っ て も効 果 が 認 め ら れ 果 が 得 ら れ な い と す る わ け に は い か な い.

献

1) 

Hettinger,T.:Physiology

2) 

Suzuki,S.and

skeletal 3) 

4) 

C.Thomas,1961.

effects

of estrogen

on

rat

muscle.Exper.Neurol.,87,291-299,1985.

Lindeburg,F.A.,et

jumping

of strength.64-65,Charles

Yamamoto,T.:Long-term

al.:Effect

of isometric

exercise

on

standing

broad

ability.Res.Quart.,34,4,1963.

小 野三 嗣

・他:筋

のtraining効

果 に 関 す る 研 究.体

力 科 学,14,98-103,

1965. 5) 

小 野 三 嗣:筋

力 ト レ ー ニ ン グ の 効 果 の あ ら わ れ 方 の 異 同 に つ い て.体

育 学

研 究,12,260-266,1968. 6) 

小 野 三 嗣:垂

学,16,45-56,1967.

直 跳 及 び 立 幅 跳 の 練 習 効 果 に 関 す る 筋 電 図 学 的 研 究.体

力 科

6 筋 の 持 久 力 と そ の トレ ー ニ ン グ

  1) 

筋 の 持 久 力 と筋 血 流 量

  筋 の持 久 力 と筋 力 とは あ ま り関 係 な い とす る研 究 は 少 な くな い.小 野 自 身 が 行 っ た実 験 結 果 で は,上 体 起 こ しの 反 復 トレ ー ニ ン グ を8週 間 に わ た り行 い,当 初 は6回

しか で きな か った 上 体 起 こ しが10倍

の60回

に ま で増

加 し た.し か し,こ の トレー ニ ン グ期 間 中腹 筋 力 は ほ とん ど変 化 しな か っ た.   この 反 復 回数 の 増 加 は 筋 の 血 流 量 の 増 加 と考 え られ る.Ikaiら1)は,前 腕 の最 大 筋 力 の1/3の

負荷 強 度 で,1秒

で作 業 を行 わせ る方 法 で,12週 図6.1に

に1回 の テ ン ポ で疲 労 困 憊 す る ま

間 毎 日 トレー ニ ン グ を行 っ た .そ の 結 果,

示 され て い る よ うに,作 業 回 数 は トレー ニ ン グ に よ り3∼4倍

ま で増 加 した.そ

れ に 伴 い筋 の 酸素 摂 取 量 は約1.6倍

に

に ま で 増 加 し,こ の

増 加 は 筋 血 流 量 の増 加 が 大 き く原 因す る こ とを報 告 して い る.   筋 血 流 量 の 増 加 は,筋 細 胞 を取 り巻 く毛 細 血 管 数 の 増 加 が 原 因 す る. Petrenら2)は,ラ

ン ニ ン グ トレー ニ ン グ を行 わ せ た ラ ッ トの 心 筋 と腓 腹 筋

の 毛 細 血 管 が,コ

ン トロー ル に比 較 し40∼45%増

加 し た こ と を報 告 して

い る.   同 一 筋 に お い て も,slow

fiberの 分 布 が 多 い エ リア で は運 動 時 の 血 流 量

の増 加 が 多 い こ とが 報 告 され て い る3).し た が っ て,毛 細 血 管 数 の 増 加 は

図6.1  ハ ン ドク リ ッ プ 作 業 を12週

間 毎 日実 施 し た と きの 作

業 回 数 と 循 環 機 能 な ど の ト レ ー ニ ン グ 効 果(Ikai・ Taguchi,1968よ

り改 変)1)

毛 細 血 管 総 面 積 を増 大 させ,筋 へ の 血 流 量 の 増 大 を もた ら し,血 流 速 度 を 減 少 させ る.ま た,筋 線 維1本

当 た りの毛 細 血 管 数 が増 加 す る こ とか ら,

毛 細 血 管 と筋 線 維 の 酸 素 拡 散 面 積 が 増 大 す る こ とに な る.   この こ とに よ り,筋 線 維 へ の 酸 素 供 給 量 は 増 加 す る.

  2)  持 久 的 トレ ー ニ ン グ と筋 線 維 の 代 謝 酵 素 活 性   筋 へ の 酸 素 供 給 量 が 増 して も,そ れ を筋 が 消 費 で き るか も問題 で あ る. そ こ で まず,筋 線 維 の代 謝 酵 素 活 性 に どの よ うな 特 徴 が あ る か をみ る こ と とす る.   各 タ イプ の 筋 線 維 は収 縮 特 性 の 違 いの ほ か に,代 謝 酵 素 活性 に も差 が み ら れ る.一 般 に,fast

fiberは 解 糖 系 酵 素 活 性(glycolytic

ity)が 高 く,逆 に,酸 化 系 酵 素 活 性(oxydative そ して,slow

enzyme

enzyme

activ

activity)は 低 い.

fiberは 解 糖 系 酵 素 活 性 が 低 く,酸 化 系 酵 素 活 性 が 高 い.

  こ の よ うに筋 線維 タ イプ に よ り酵 素 活 性 に 差 が あ る こ とか ら,エ ネ ル ギ

表6.1  筋線 維 タイ プ と その 特 徴

一 代 謝 基 質 で あ る 筋 グ リ コ ー ゲ ン(glycogen)量 (triglycerid)量

な ど も 異 な る(表6.1).そ

あ る い は 中性 脂 肪

し て,代

謝酵素 活性 あ る いは

代 謝 基 質 量 の 違 い が 筋 の 対 疲 労 性 に も 関 係 し て く る.し 素 活 性 の 高 いslow

fiberは

た が って 酸化 系 酵

疲 労 し に く い 性 質 を も ち,持

続 的 な活動 に適

す る こ と と な る.   しか し,筋

に よ っ て は こ の 分 類 に 対 応 し な い も の も あ り,横

例 で あ る.こ

の 筋 はfast

し か し,わ

fiberの

割 合 が 多 くfast

muscleに

隔膜は この

分 類 で き る.

れ わ れ は 生 き て い る 限 り呼 吸 を し続 け な け れ ば な らず,簡

疲 労 し て も ら っ て は 困 る 筋 で あ る.し

た が っ て,fast

fiberで

単 に

あ っ て も酸

化 系 酵 素 活 性 が 高 い.特 に 呼 吸 数 が 多 い 動 物 種 で は こ の 傾 向 が 顕 著 で あ る. こ れ は 筋 線 維 内 に ミ ト コ ン ド リ ア が 豊 富 で あ る た め で あ る.ま muscleで

あ る ラ ッ トEDL(extensor

動 単 位 で,最 MDH(malate

digitorum

大 収 縮 時 間 が 同 程 度 で あ っ て も,酸 dehydrogenase)活

longus:長

た,fast

指 伸 筋)の

運

化 系酵素 の一 つ で あ る

性 の 違 い に よ り疲 労 の 出 現 時 間 に 明 ら

か に 差 が 認 め ら れ る(図6.2).   こ の こ と は 持 久 的 ト レー ニ ン グ を 負 荷 し た 筋 に も 当 て は ま り,持

久的 ト

図6.2  ラ ッ トEDL(extensor (左)と

digitorum

筋 線 維MDH(malate

longus)の

dehydrogenase)活

二つ の運 動 単位 の疲 労 曲 線 性(右,●

印)と

の関係

(Pati,1981)4) 運 動 単 位A:最

大 収 縮 時 間,20m秒.運

性 に 差 が な いA・Bで

あ る がMDH活

動 単 位B:最 性 が 高 いBで

レー ニ ン グ を継 続 す る と,筋 線 維100μm2当 加 す る.そ

大 収 縮 時 間,23m.秒

収縮 特

疲 労 しに くい こ とが認 め られ る.

た りの ミ トコ ン ドリア 量 は 増

して こ の増 加 に よ り酸 化 系 酵 素 活 性 も上 昇 し,筋 の 酸 素 摂 取 能

力 も向 上 す る.こ れ が 筋 の 対 疲 労 性 を高 め る と と もに,筋

の 仕 事 量 を増 加

させ る こ とに もな る.   一 方,ス

プ リ ン ト トレー ニ ン グの よ うに 強度 が 高 い短 時 間 の 運 動 を負荷

した 場 合 に は,解 糖 系 酵 素 活 性 が 上 昇 す る.   しか し,い ず れ の トレー ニ ン グに よ っ て も筋 細 胞 内 のATP量 る との 報 告 は あ ま りな い.

が増加 す

  3) 

筋 持 久 力 の

  isometric

トレー ニ ン グ

contractionを

異 な る負 荷 強 度 で行 わせ

血 流 量 が 異 な っ て く る.す

な わ ち,最

そ れ に 伴 い 収 縮 張 力 も 大 き く 減 少 す る.し

  一 方,動

が て ゼ ロ に な る.そ

か し,収

し て,

縮 張 力 が低 い 場 合 に は

縮 張 力 も 維 持 さ れ る5).

的 運 動 で は 筋 の 収 縮 弛緩

リ ズ ム に 伴 い 血 流 量 は 変 化 し,筋

時 に 筋 血 流 量 の ほ と ん ど が 確 保 さ れ る6).し は 筋 血 流 量 の 減 少 を招

の と きの 筋

大 収 縮 張 力 に 近 い 負 荷 強 度 で筋 収 縮

を 行 わ せ る と 筋 血 流 量 は 安 静 時 よ り低 下 し,や

筋 血 流 量 の 増 加 が み ら れ,収

る と,そ

く こ と と な る.加

た が っ て,筋

賀 谷7)に

の テ ン ポ と 下 腿 血 流 量 の 関 係 を み る と,60回/分 ポ が 速 く な る と 筋 血 流 量 は 減 少 し た.ま を 変 化 さ せ 筋 血 流 量 を 測 定 し た と こ ろ,最

弛緩 時 間 の 短 縮

よ る と,足

関 節 伸 展 運 動

で ピー クが得

た,60回/分

弛 緩

ら れ,テ

ン

の テ ン ポ で 負 荷 強 度

大 張 力 の25∼30%で

最 大 の 血

流 量 が 測 定 で き た と 報 告 し て い る.   そ し て,ト

レー ニ ン グ の 持 続 時 間 につ い て は 疲 労 困 憊 ま で行 うこ とで 一

番 効 果 を 上 げ る こ と が で き る こ と を 猪 飼 ら が 報 告 し て い る8).   す な わ ち,疲

労 が 生 じ,血

流 量 が 増 加 す る 負 荷 強 度 で,疲

労 困憊 まで行

う こ と が 筋 の 持 久 力 を 増 加 さ せ る 条 件 と い え る.

文

献

1) 

Ikai,M.and

Taguchi,S.:A

exhaustive

exercise

study

in the

human

on

muscle

oxygen

intake

forearm.Rec.J.Physical

following

Edu.,13,17-24,

1968. 2) 

Petren,T.,et

capillaren 3) 

al.:Der

in herz-and

Laughlin,M.H.and

Patti,M.N.,et

muscle 5) 

fibers

Nilsson,B.,et

des

trainings

Armstrong,R.B.:Musclar

patterns as a function -306 ,1982. 4) 

einfluss

of running

al.:Comparison within

auf

die

hanfigkeit

der

skeletmuskulatur.Arbeitsphysiol.,9,376-382,1936.

defined

speed

of motor

al.:Intramuscular

blood

flow

distribution

in rat.Am.J.Physiol.,243,H

enzyme

activities

among

296

single

units.J.Physiol.,311,205-493,1981. pressure

and

contractile

strength

related

to

muscle

blood

flow

in

man.Scand.J.Clin.Lab.Invest.Suppl,99,

31-38,1967. 6) 

Walloe,L.,et the

human

al.:Time quadriceps

course muscle

and

magnitude

following

of

rhythmic

blood

flow

changes

in

exercise.J.Physiol.,405,

257-273,1988. 7) 

Kagaya,A.:Maximal nary

oxygen

exercise-induced uptake

体 育 大 学 基 礎 体 8) 

猪 1965.

飼 道 夫

during

dynamic

vasodilatation forearm

and

calf

and

peak

exercise.日

力 研 究 紀 要,4,55-61,1994.

・他:血

流 量

か

ら 見

た 筋 持

久 力.体

育

の 科 学,15,201-206,

pulmo 本 女 子

7 運 動 の エ ネ ル ギー源

  1)  ATPサ

イ クル

  筋 収 縮 の エ ネ ル ギー 源 はATP(adenosin にATPは

神 経 活 動,腸

triphosphate)で

管 の 栄 養 素 の 吸収 な ど,多

事 の エ ネ ル ギー 源 と し て使 わ れ て い る.こ のATP消 ① 生 体 成 分 の合 成,② る.こ の よ うにATPは

能 動 輸 送,そ

あ る.さ

ら

くの 細 胞 で の 多様 な 仕 費 系 を大 別 す る と,

して③ 細 胞 運 動 とす る こ とが で き

細 胞 に とっ て 非常 に使 いや す いエ ネ ル ギ ー 源 で あ

る とい え る.   ATPの

分 子 内 に は ピ ロ燐 酸 結 合 が 二 つ あ り(adenosin-P∼P∼P),こ

の ピロ燐 酸 の 結 合 エ ネ ル ギー は25℃,pH7.0の る.し か し,ヒ

トの か ら だ の 細 胞 内 の温 度,ATP,ADP,燐

あ て は め て 計 算 す る と,ATPの と考 え られ る.こ の 値 は,他

  ATPは ADPとPiか

あ

酸の 濃度 を

ピ ロ燐 酸 結 合 の エ ネ ル ギ ー は 約10kcal の 燐 酸 結 合(グ

ス6-燐 酸 な ど)に 比べ 大 き い の で,こ よ び,∼Pで

標 準 状 態 で7.3kcalで

ル コー ス1-燐 酸,グ

ル コー

の 結 合 を高 エ ネ ル ギ ー 燐 酸 結 合 と

表 す. 同 一 細 胞 内 で 自給 され る.す な わ ち,エ ネ ル ギー の 供 給 とは, ら のATPの

合 成 で あ る.し か し,細 胞 内 に は 多 量 のATP

を蓄 積 で きな い こ とか ら,仕 事 を して い る細 胞 で はATPの 同 時 に 進 行 す る1).し た が っ て,ATPは

合 成 と分 解 が

細 胞 内の エネ ル ギー担体 で あ る

と もい え,こ の 回転 が 速 い ほ ど そ の細 胞 が 活 発 に仕 事 を して い るこ とに な る.   筋 細 胞 で,こ の 回 転 が 単 位 時 間 当 た りで 大 き け れ ば単 位 時 間 当 た りの仕 事 量 は 大 き くな り,こ の 回転 を 高 い レベ ル で 長 時 間 続 け る こ とが で き れ ば,疲 労 す る こ とな く運 動 を続 け る こ とが 可 能 と な る.

  2)    ATPの

ク レ ア チ ン燐 酸 合 成 は,細 胞 内 に 取 り込 ま れ た グ ル コー ス,脂 肪 酸,あ

るい は

ア ミノ酸 な どが 酸 化 分 解 さ れ る過 程 で遊 離 す るエ ネ ル ギー に よ っ て な され る.し た が っ て,激

し い筋 運 動 の 際 に は 多 量 の エ ネ ル ギ ー 供 給 源 の 酸 化 燃

焼 が 必 要 とな る.   ま た,脳,心

筋,さ

ら に は骨 格 筋 に は,ク

レ ア チ ン燐 酸 がATPの

倍 量 存 在 す る.し か し,こ の 量 は,仮 にATPの

約2

合 成 が 停 止 し た と きに 約

10秒 間 で 消 費 しつ くされ て しま う程 度 の 量 で しか な い.   ク レ ア チ ン燐 酸 は ク レア チ ン キナ ー ゼ の 作 用 に よ りATPと (Cr)か

クレアチ ン

ら合 成 さ れ る.そ の機 能 は,貯 蔵 物 質 と し て は 細 胞 内 に そ の 量 が

少 な い こ とか ら,細 胞 内 の ∼Pの 運 搬 体 で あ る と考 え ら れ る2).ク レ ア チ ン キナ ー ゼ は ミ トコ ン ドリア表 面 と細 胞 質 に そ れ ぞ れ ア イ ソザ イ ム と して 存 在 して い る.ま た,ミ り,ATP濃

トコ ン ド リア は 細 胞 内 のATP合

度 は 非 常 に 高 い.し た が っ て,ミ

チ ン キ ナ ー ゼ の作 用 に よ り,ATPとCrか

ト コ ン ドリア 表 面 の ク レ ア

ら ク レ ア チ ン燐 酸(Cr∼P)

が 容 易 に合 成 され る.合 成 され たCr∼Pは,筋 あ る ミオ シ ンATPaseの

原 線 維 のATP分

と こ ろ ま で移 動 す る.そ

キ ナ ー ゼ の 作 用 に よ りADPに

成 の場 所 で あ

∼Pを 渡 しATPが

こ で,別

解酵素 で

の クレアチ ン

合 成 さ れ,Crと

な って

再 び ミ トコン ドリア 表 面 に も ど って くる.こ の 過 程 を ク レア チ ン ・ク レア チ ン燐 酸 シ ャ トル と よぶ(図7.1)2).

図7.1  ク レ ア チ ン-ク レ ア チ ン燐 酸 シ ャ トル

  3) 

ATPの

合成系

  多 くの 生 物 が エ ネ ル ギー 源 と して 使 って い るATPの

合 成 系 に は3種

類

が あ る.そ の一 つ が植 物 の 葉 緑 体 で行 わ れ る光 燐 酸 化 系 で あ り,他 の 二 つ は 高 等 動 物 で行 わ れ て い る解 糖 系 と酸 化 的燐 酸 化 系 で あ る.   ヒ トの 身 体 を構 成 す る 多 くの 細 胞 も後 者 の 過 程 に よ ってATPを て い る.赤 血 球 は特 殊 で あ り,解 糖 系 の み に よ っ てATPの い る.他 の 細 胞 で は解 糖 系 に よ るATPの 分 のATP合

合成 し

合 成 を行 っ て

合 成 は短 時 間 しか で きず,大 部

成 は 酸 化 的 燐 酸 化 系 に よ っ て行 わ れ,呼 吸 に よ っ て摂 取 した

酸 素 の ほ とん ど を この 反 応 で消 費 して い る.こ れ らの 過 程 で のATP合 能 が,短

成

時 間 で行 わ れ る運 動 あ る い は 持 久 的 運 動 と大 きな か か わ りを もっ

て くる.

  4)  解 糖 系 過 程 と無 酸 素 的 運 動   解 糖 系 で のATP合

成 に酸 素 は使 わ れ な い.そ

に 比 べ,解 糖 系 で のATP合 運 動,た

と えば,短

成 能 が 高 い.し

して,骨 格 筋 は他 の 組 織

たが っ て,短

時 間 の高 強 度 の

距離 走 をほ とん ど呼 吸 せ ず に 走 り きる こ とが 可 能 とな

る.   解 糖 系 で の 代 謝 過 程 を図7.2に

酸 化 的 燐 酸 化 系過 程 と合 わせ 示 した.こ

れ ら代 謝 過 程 の なか で,グ ル コー ス1分 子 が2分

子 の 乳 酸 に まで分 解 され

解糖系過程

1,3-ビ ス ホ ス ホ グ リセ リン酸 は1分

図7.2  解 糖 系 お よびTCAサ

後 の 反 応 で 産 生 さ れ る物 質 は2倍

イ クル の 反 応 経 路

子 の グル コー スか ら2分 子 産 生 さ れ る こ とか ら,以

酸 化 的 リ ン酸 化系 過程

量 と な る.

る 過 程 を解 糖 系 と い う.こ のATPが

の 過 程 で は,2分

合 成 さ れ る こ と か ら,差

引 き2分

子 のATPが

消 費 さ れ4分

子

子 のATPが

合 成 され るこ と

と な る.   ま た,ATPの と な る.グ ADPは

合 成 に は グ ル コ ー ス の ほ か に,等

量 のADPとPiが

必要

ル コ ー ス は エ ネ ル ギ ー 供 給 源 と し て 血 中 か ら 供 給 で き る が,

細 胞 外 か ら供 給 で き な い う え に,細

し た が っ て,細

胞 内 でATPが

系 過 程 は 進 行 し な い.す

加 水 分 解 さ れADPが

な わ ち,解

速 さ れ て お り,ATPの

胞 内 に 少 量 しか 存在 しな い. 供 給 さ れ な い と解 糖

糖 系 過 程 の 反 応 はADP濃

合 成 反 応 はATPの

度 に よ り律

消 費 反 応 と同 時 に 進 行 し て い

る.   な お,解 る.ま

糖 系 過 程 を 進 行 させ る 酵 素 は11種

た,細

と か ら,筋

類 あ り,す

胞 内 に は 充 分 量 存 在 し て お り,細

べ て水 溶 性 で あ

胞 内構 造 を必 要 と しな い こ

細 胞 で は 筋 形 質 に 存 在 し て い る.し

た が っ て,鍵

酵 素 ホスホ リ

ラー ゼ を 活性 化 す る こ とに よ っ て全 体 の 反 応 速 度 を高 め る こ とが 可 能 で あ り,短

時 間 に 多 量 のATPが

合 成 さ れ る.ま

た,骨

は ア ドレ ナ リ ン に よ り活 性 化 さ れ る と と も に,筋 内Ca++に

よ っ て も 活 性 化 さ れ る こ と か ら,収

可 能 と な る.こ

の た め,短

か し,こ

H+イ

低 下 し,酵

文

収 縮 の 際 に 上 昇 す る細 胞

縮 に 必 要 なATPの

産生 が

距 離 走 の よ うな 短 時 間 で 多量 の エ ネ ル ギー を消

費 す る 運 動 が 可 能 と な る.し オ ン の 増 加 に よ りpHが

せ い ぜ い1分

格 筋 の ホ ス ホ リ ラー ゼ

の 反 応 に よ っ て 乳 酸 が 産 生 さ れ, 素 活 性 が 抑 制 さ れ る こ と か ら,

程 度 し か 運 動 の 継 続 は で き な い.

献

1)  石 原 貞 彦:ATPと 2)  Conway,M.A.,et Academic

Press,1996.

代 謝 制 御,pp.15-20,東 al.:Creatine

and

京 大 学 出版 会,1989 creatine

. phosphate.pp.17-32

,

8 身体 活動 と酸素

  1) 

酸 化 的 燐 酸 化 系 過 程 と有 酸 素 的 運 動

  わ れ わ れ が 行 う運 動 の 多 くは そ の運 動 時 間 は長 い.ま た,わ れ わ れ の 生 命 維 持 に とっ て もATP合 れ るATPの

成 の 継 続 は 重 要 な 問題 と な る.こ れ らに 利 用 さ

合 成 は 細 胞 内小 器 官 で あ る ミ トコン ドリア で行 わ れ る.

  す な わ ち,解 糖 系 で グ ル コー ス よ り産 生 され た ピル ビ ン酸 は,ミ ド リア で 酸 化(脱 水 素)と 後,オ

キ ザ ロ 酢 酸 と縮 合 し クエ ン 酸 と な り,TCAサ

ylic acid cycle)を CoAの

同 時 に 脱 炭 酸 を受 け て ア セ チ ルCoAと

水 素 原 子 に 分 解 さ れ る.そ

な った

イ ク ル(tricarbox

一 回 り し再 び オ キ ザ ロ 酢 酸 と な る 間 に,ア

酢 酸 部 分 がCO2と

トコ ン

セチル

し て,水 素 原 子 は 呼

吸 鎖 電 子 伝 達 系 に 渡 さ れ,分 子 状 酸素 に よ っ て酸 化 され る.し た が っ て, TCAサ

イ クル で のATP産

生 能 力 は供 給 で き る酸 素 量 お よ び そ れ を 利 用

し う る代 謝 酵 素 活 性 に よ っ て 決 ま り,持 久 的 運 動 能 力 に も 大 き く関 係 す る.   グ ル コー ス は解 糖 系 過 程 そ して 酸 化 的 燐 酸 化 系 過 程 を 経 てCO2とH2O に分 解 さ れ る こ とに な り,グ ル コー ス1分 子 か ら解 糖 系 過 程 で2分 子,酸 化 的 燐 酸 化 系 過 程 で36分

子 のATPが

産 生 さ れ る こ と とな る.こ れ ら の

過 程 を ま とめ る と次 式 とな る.   C6H12O6+6O2+38ADP+38Pi→6CO2+(6+38)H2O+38ATP

  この と き の 自 由 エ ネ ル ギ ー 変 換 が673kcalで 40%の

あ る こ とか ら,生 体 は 約

化 学 的 エ ネ ル ギー を仕 事 の エ ネ ル ギー に 変 え る こ とが で き る こ と

とな る.ま

た この 式 か ら,1分

子 の グル コー ス を酸 化 し673kcalの

エネ

ル ギー を産 生 す るの に要 した 酸 素 は6分

子 で あ る こ とが わか る.し た が っ

て,こ

た りの エ ネ ル ギ ー 産 生 量 は 約5

の 反 応 で 消 費 さ れ た 酸 素1l当

kcalと な る.   さ ら に,TCAサ

イ クル は グ ル コー ス の 完 全 酸 化 経 路 の み で は な く,脂

肪 酸 あ る い は 多 くの ア ミノ酸 の酸 化 分 解 過 程 で もあ る(ヒ

トの 身体 を構 成

す る細 胞 は ア ミノ酸 に 含 まれ る窒 素 を分 解 す る こ とが で きな い こ とか ら, そ れ ら は 尿 素,尿

酸 あ る い は ク レ ア チ ニ ン な ど と し て 尿 中 に 排 泄 され

る.).   す な わ ち,脂 肪 酸 は ミ トコ ン ドリア で β 酸 化 を受 け ア セ チ ルCoAと ってTCAサ

イ クル で酸 化 され る.ま た,ア

は ピル ビ ン酸,ア や は りTCAサ   よ っ て,TCAサ

セ チ ルCoAあ

な

ミ ノ基 を 除去 され た ア ミ ノ酸

る い はTCAサ

イ クル の 中 間 に 転 化 され,

イ クル で酸 化 され る. イ クル は 共 通 代 謝 経 路 で も あ り,脂 肪 酸 の 使 用 もで き

る こ とか ら,体 内 に大 量 に 蓄 え た 中性 脂 肪(triglyceride:TG)も

エネ ル

ギー 供 給 源 とす る こ とが で き,長 時 間 の 運 動 の継 続 も可 能 とな る.   した が っ て,先 に 示 した グル コー ス の代 謝 に消 費 され る酸 素 量 と産 生 エ ネ ル ギ ー 量 の 関係 は 脂 質 お よび 蛋 白質 の利 用 に も適 応 で き,表8.1に た 恒 数 が得 ら れ る1).

表8.1  熱 源 物 質 の 酸 化 に 関 す る恒 数(佐

々 木,1971)1)

示し

  さ ら に,TCAサ

イ クル は 細 胞 内 代 謝 の 接 点 で もあ り,肝 細 胞 の よ うに

各 種 化 合 物 の 合 成 ・分 解 が 特 に活 発 に行 われ て い る細 胞 で は,重 要 な機 能 とな る.

  2) 

運 動 と酸 素摂 取 量

  生 体 が 利 用 す るほ とん どのATPは,各

細 胞 が エ ネ ルギ ー 供 給 源 を酸 化

す る こ と に よ っ て産 生 され る.し た が っ て,生 体 が 摂 取 す る酸 素 量(oxy gen uptake:Vo2)は

エ ネ ル ギー 源 の 産 生 量 を示 す もの で あ り,そ れ は生

体 の エ ネ ル ギー 消 費 量 を表 す こ とに もな る.   図8.1に

み られ る よ うに,運 動 強 度(物

理 的 仕 事 量)の 上 昇 に伴 い 酸 素

摂 取 量 は 増 加 す る2).し か し,あ る 強 度 以 上 に な る と酸 素 摂 取 量 の 増 加 は み られ な くな る.こ の レベ ル は個 人 に よ っ て 異 な る が,こ れ を最 大 酸 素 摂 取 量(maximum

oxygen

uptake:Vo2max)と

よ ぶ.こ の レベ ル よ りさ ら

に運 動 強 度 が 増 す と乳 酸 産 生 量 が 急 激 に増 加 し,血 中乳 酸 濃 度 の 上 昇 とな っ て 現 れ,運

動 継 続 時 間 は 短 縮 す る.す

な わ ち,高 強 度 の 運 動 で の エ ネ ル

ギー 供 給 が解 糖 系 過 程 で優 位 に な る こ と を示 して い る.

図8.1  数 分 間 の 運 動 に お け る負 荷 強 度 と酸 素 摂 取 量 の 関 係(Astrand,1985)2) 250ワ

ッ ト(1500kpm/分)で

最 大 酸 素 摂 取 量 に 達 して お り,300ワ

酸 素 摂 取 量 の 増加 は み られ な い.

ッ トとなって も

図8.2  最 大 酸 素 摂 取 量 の 種 目間 の 比 較(男

子)(伊

藤 ら,1987)4)

 酸 素 摂 取 量 は生 体 の エ ネ ル ギー 消 費 量 を表 す こ とか ら,運 動 中 に どれ だ け 多 くの 酸 素 を 摂 取 で き るか が 運 動 強 度 を決 め る こ とに な り,そ れ は酸 化 的 燐 酸 化 系 過 程 の 能 力 を示 す こ と と もな る.し たが っ て,最 大 酸 素 摂 取 量 の大 き さ は有 酸 素 的 運 動 す な わ ち持 久 的 運 動 能 力 に 関 係 す る.

  持 久 的 運 動 能 力 の 指 標 と し て,陸

上 競 技 の 長 距 離 種 目 を例 と し て 取 り上

げ,そ

運 動 は 体 重 を移 動 さ せ る こ とか ら,体

の 記 録 と 最 大 酸 素 摂 取 量(走

重1kg当

た り の 酸 素 摂 取 量:ml/kg・

る と,高

分,と

い 相 関 関 係 が 認 め ら れ る3).ま

し て 表 示 す る)と

た,競

の関係 をみ

技 種 目別 に ト ッ プ ア ス リー

トの 測 定 値 を 比 較 す る と 持 久 的 能 力 を要 求 さ れ る 種 目 の 選 手 で 高 値 が 示 さ れ て い る(図8.2)4).   最 大 酸 素 摂 取 量 は ト レー ニ ン グ に よ っ て増 加 す る か とい う問 題 が あ る が,ト

レ ー ニ ン グ に よ っ て 増 加 す る と の 報 告 が 多 い.そ

し て,そ

の能力向

上 は 心 機 能 と の 関 連 が 密 接 で あ る.

文

献

1)  佐 々 木

隆(間

口 直 幹 ・内 薗 耕 二 編):新

生 理 学,下

巻,p

.498,医

学書

院,1971. 2)  Astrand,P.O.(浅

野 勝 己 訳):運

動 生 理 学,pp.204-209,大

修 館 書 店,

1985. 3)  加 賀 谷 〓 彦 ・加 賀 谷 淳 子:運

動 処 方 ― そ の 生 理 学 的 基 礎―.pp.100-114,

杏 林 書 院,1983. 4)  伊 藤 静 夫 ・他:ス

ポ ー ツ 選 手 のATに

会 ス ポー ツ科 学 研 究 報 告,No.XI,1987.

関 す る研 究(第3報).日

本 体 育協

9 運 動 とエ ネ ル ギー 消 費量

  1)  酸 素 負 債 量 と高 強 度 運 動   先 の 項 で,運 動 強 度 が最 大 酸 素 摂 取 量 レベ ル を超 え て も短 時 間 の運 動 で あれ ば そ の 運 動 を行 うこ とが 可 能 で あ る こ とは 述べ た.す は解 糖 系 過 程 の 代 謝 能 力 が 高 く,無 酸 素 で もATP産 単 位 時 間 当 た りのATP産

な わ ち,筋 細 胞

生 が 可 能 で,し か も

生 量 が 多 い た め で あ る.し か し,こ の 代 謝 過 程

で は グ ル コー ス あ るい は グ リコー ゲ ンが 分 解 され 乳 酸 が 生 じる.   こ の 乳 酸 は ま だ 多 くの エ ネ ル ギ ー を 保 有 して い る こ とか ら,運 動 後 に TCAサ

イ ク ル に お い て 酸 化 され る.し

た が っ て,無 酸 素 的 運 動 を行 っ た

後 の 回復 期 に,安 静 を保 っ て い て も大 きな酸 素 摂 取 量 が 測 定 さ れ る.こ の 安 静 値 を超 え た過 剰 な 酸 素 量 が 酸 素 負 債 量(oxygen 酸 素 負 債 量 は 図9.1に

debt)で

あ る.こ の

示 し た よ うに,運 動 中に 仕 事 量 に 見合 うだ け の 酸 素

量 を摂 取 で きな か っ た量 に ほ ぼ 匹 敵 す る.ま た,血 中乳 酸 濃 度 との 間 に も 高 い相 関 が 認 め られ る.し か し,生 体 の糖 質 貯 蔵 量 レベ ル が 変 化 した り, 肝 臓 で の 糖 新 生 を抑 制 す る とそ の 相 関 関 係 も崩 れ る こ とか ら,解 糖 系 過 程 で産 生 され た乳 酸 の す べ て が運 動 後 に酸 化 され る とは考 え に くい1).   なお,乳 酸 の蓄 積 に よ り体 液pHが

低 下 し,そ れ が 代 謝 系 酵 素 の 活 性 を

抑 制 す る こ とか ら,乳 酸 の 蓄 積 量 に も限 りが あ る.摘 出 筋 の 実 験 で は,乳 酸 が 筋 重 量 の0.2∼0.3%蓄

積 す る と筋 収 縮 が 起 こ ら な くな る.生 体 で も

図9.1  安 静 時,運

動 時 お よび 回復 時 の 酸 素 摂 取 の 経 過

運 動 時 の 酸 素 摂 取 量 が 最 大 酸 素 摂 取 量 を超 え る よ う な物 理 的 仕 事 量 の 場 合 を示 した.Bの

部 分 が 酸 素 負 債 量 で あ り,

運 動 中 の 酸 素 不 足 量B′ とほ ぼ 同 量 と な る.A+Bが

酸素

需 要 量 で あ る.

同様 な こ とが 起 こ る こ とか ら,酸 素 負 債 量 に も個 人個 人 の最 大 量 が あ る. それ を最 大 酸 素 負 債 量 と よぶ.生 体 内 で は 蛋 白質 は 弱 ア ル カ リの 性 質 を示 す こ とか ら筋 肉 量 が 多 い ほ どそ の 能 力 も高 い と い え る.   したが っ て,最 大 酸 素 負債 量 が 大 きい ほ ど瞬 発 的 な運 動,た 競 技 の 短 距離 種 目で は有 利 とな る.今 の 最 大 値 は100m走

選 手 の約15lで

で を比 較 して み る と,図9.2に け れ ば な ら な い100m走

とえ ば 陸 上

まで に 報 告 さ れ て い る,わ が 国選 手 あ る.ま

た,100mか

らマ ラ ソ ン ま

示 した よ うに,短 時 間 で大 きな 仕 事 を しな

で は,酸 素 需 要 量 に 占 め る酸 素 負債 量 の 割 合 が

多 く,運 動 に 必 要 な エ ネ ル ギー を解 糖 系 過 程 で まか な う こ とが 必 要 で あ り,最 大 酸 素 負 債 量 の 大 き さ が 記録 を決 め る大 き な要 因 とな る.一 方,平 均 走 ス ピー ドは 低 いが 長 時 間 に わ た って 走 り続 け な け れ ば な ら な い マ ラ ソ ン で は,よ

り多 くの 酸 素 を摂 取 し,酸 化 的 燐 酸 化 過 程 で 多 量 のATPを

産

生 し続 け る こ とが 重 要 とな る.し たが っ て,最 大 酸 素 摂 取 量 の 大 き さ が 重 要 な要 因 とな り,そ の 値 が80ml/kg・

分 を超 え る.

図9.2  走 距 離 と平 均 走 ス ピー ド との 関 係 1995年 度 の 記 録 よ り作 図.()は

酸 素 需 要 量 に 占 め る酸 素 負債 量

の割 合.

2)  酸 素 需 要 量   わ れ わ れ の 酸 素 摂 取 レベ ル は,日

常,基

礎 代 謝(basal

metabolism;

生 体 が正 常 な状 態 で生 命 を維 持 す るの に必 要 な 最 低 限 の覚 醒 時 代 謝)か

ら

最 大 酸 素 摂 取 量 の レベ ル まで さ ま ざ ま に変 化 し て い る.   こ の 基 礎 代 謝 量 は,筋 の 緊 張,消 化 吸 収,環 及 ぼ す 要 因 を 取 り除 い た 条件(早 位)で

境 温 度 な ど,代 謝 に影 響 を

朝 の さ わ や か な 目覚 め の と き,仰 臥安 静

測 定 さ れ る.ま た,基 礎 代 謝 量 は,体 成 分 の合 成 が 活 発 に行 わ れ て

い る発 育 期 で は 高 く加 齢 と と もに 減 少 を 示 す.そ

して,代 謝 活性 の 高 い組

織 の 量 が 多 い か に よ っ て も違 いが み られ,男 子 が女 子 よ り高 い値 を示 す. しか し,同 年 齢,同 性 で あ れ ば体 表 面 積 に 比 例 す る.

  ま た,基 礎 代 謝 が"覚 醒 時"と 定 義 され て い るの は,睡 眠 時 の 代 謝 量 が 基 礎 代 謝 量 よ り約10%低 り約1℃

い こ と に よ る.こ れ は 睡 眠 時 の体 温 が 覚 醒 時 よ

低 下 す る こ とが 原 因 して い る.

  一 方,椅

座 位 で安 静 に して い る状 態 で は,姿 勢 保 持 の た め に 筋 は 緊 張 し

て い る こ とか ら,こ の と きの代 謝 量 は 基 礎 代 謝 量 よ り約20%上 る.こ れ を安 静 時 代 謝(resting 座 安 静 状 態 を20分

metabolism)と

昇 して い

い う.安 静 時代 謝 量 は 椅

ほ ど保 つ と安 定 し,測 定 が 可 能 な こ と,さ

ら に は,

種 々 の 動 物 で の 測 定 も可 能 な こ とか ら,標 準 代 謝 量 と して広 く使 わ れ て い る.   そ し て,種 々 の 運 動 が加 わ る と,そ の運 動 に 消 費 され る酸 素 量 は安 静 代 謝 量 を上 回 る こ とに な る.す な わ ち図9.1に

示 した よ うに,運 動 時 お よび

回復 期 に 摂 取 した 酸 素 量か ら安 静 時 酸 素 摂 取 量 を差 し引 い た量 が 酸 素 需 要 量(oxygen

requirement)で

あ り,こ の 量 に5kcal/O21lを

運 動 に 消 費 した エ ネ ル ギー 量(kcal)が

乗 じる と

得 られ る.

  こ の 酸 素 需 要 量 は体 重 移 動 を伴 う運 動 で あ れ ば,か

らだ の 大 き さ に 関係

な く基 礎 代 謝 量 に 対 す る比 率 は一 定 と な る.こ の 比 率 をエ ネ ル ギー 代 謝 率 (relative metabolic RMR=酸

rate:RMR)と

い い,次 式 で 表 す2).

素 需 要 量(ml/分)/基

礎 代 謝 量(ml/分)

  し た が っ て,そ の つ ど酸 素 摂 取 量 を測 定 しな くて も行 っ た運 動 の エ ネ ル ギー 消 費 量 を推 定 す る こ とが 可 能 とな る.   さ ら に この 適 用 を 日常 生 活 に ま で拡 大 し,1日 間 調 査 法time

study)す

算 す る こ とが で き る.そ エ ネ ル ギー が1日

る こ とに よ っ て,1日

の 活 動 をす べ て 記録(時 の エ ネ ル ギ ー 消 費 量 を計

して,基 礎 代 謝 以 外 の1日

の 生 活 活 動 に使 わ れ る

の基 礎 代 謝 量 の 何 倍 に あ た るか を示 す 指 数 を求 め る と,

そ れ を生 活 活 動 指 数 と して 表 す こ とが で き る.こ れ に よ っ て種 目別 の 運 動 強 度 を分 類 す る こ とが で き る(表9.1)3).さ と,運 動 強 度 別,体

重 別1日

らに こ れ を 利 用 し計 算 す る

の エ ネ ル ギ ー 所 要 量 も 算 出 で き る(図

9.3)3).し

た が っ て,エ

摂 取 量 が 必 要 と な る.ま

ネ ル ギ ー 出 納 か ら,消 た,余

費量 に見合 っ たエネル ギー

剰 エ ネ ル ギー は体 内 に蓄 え られ る こ と と な

る. 表9.1  運 動 強 度別 基 礎 代 謝 と活 動 指 数(20∼29歳

男 子)(長

嶺,1990)3)

図9.3  運 動 強 度 別 体 重 別 一 日エ ネ ル ギー 所 用 量 曲 線(20∼29歳

男 子)(長

1990)3)

嶺,

文

献

1)  成 澤 三 雄 ・黒 川 貞 生:エ 響.国

2)  古 沢 一 夫:労

働 の 生 理 学 的 観 点.日

3)  長 嶺 晋 吉(編):ス 1990.

タ ノー ル 投 与 が 運 動 後 の 血 中 乳 酸 消 却 に 及 ぼ す 影

際 武 道 大 学 紀 要,5,139-143,1989. 本 生 理 学 誌,1,310,1936.

ポ ー ツ とエ ネ ル ギ ー ・栄 養,pp.116-117,大

修 館 書 店,

10 エ ネ ル ギー 供 給 源 の 利 用 と運 動

  1) 

エ ネ ル ギ ー供 給源 の貯 蔵

  エ ネ ル ギー 供 給 源 は 表10.1に

示 した よ うな 形 で ヒ トの 体 内 に 蓄 え ち れ

て い る1).そ の なか で も貯 蔵 量 の 最 も多 い もの が 中性 脂 肪 で あ る.日 本 人 成 人 男 子 で も体 脂 肪 率 が20%を 普 通 で も体 重 の15%が

超 え る と軽 度 の 肥 満 と判 定 され る よ うに,

脂 肪 組 織 で あ る.ま

れ る蛋 白質 に よ る貯 蔵 量 も 多 い.し ば,エ

た,ほ

とん どが 筋 肉 で 占め ら

か し,普 通 の 食事 摂 取 の状 態 で あ れ

ネ ル ギー 供 給 源 と し て の 蛋 白質 利 用 は 少 な い.

  一 方,生

物 に とっ て最 も重 要 な 栄 養 素 で あ り,ま た,細 胞 内 で 最 も利 用

しや す い エ ネ ル ギー 供 給 源 で も あ り,TCAサ

イ ク ル で ア セ チ ルCoAの

表10.1  成 人 男子 の エ ネ ル ギ ー 供 給 源 貯 蔵 量(Feligら, 1969)1)

健 常 な 体 重70kgの い て は,糖 kcal/gと

成 人 男 子 につ い て の デ ー タ.熱 量 に つ

質:4kcal/g,脂

肪:9

kcal/g,蛋

して計 算 し,筆 者 が 加 筆 した.

白 質:4

酢 酸 部 分 を酸 化 す るた め に 必 要 な オ キザ ロ酢 酸 の供 給 もす る糖 質 は,血 グ ル コー ス 量 あ る い は肝 臓,筋 て も,ヒ

トが1日

中

に貯 蔵 さ れ て い る グ リコー ゲ ン量 を合 計 し

に消 費 す る エ ネ ル ギー 量 に は満 た な い量 で あ る.

  した が っ て,運 動 時 に は 貯 蔵 量 が 少 な い 糖 質 の 消 費 が 問 題 とな る.特 に,持 久 的 な 運 動 で は糖 質 の 減 少 が 運 動 の 継 続 時 間 の 規 定 因 子 と も な る.

  2)持

久 的 運 動 と筋 グ リ コ ー ゲ ン 量

 種 々 の 負 荷 強 度(%Vo2max)で そ れ ら の運 動 のexhaustive

timeと そ の とき の大 腿 四 頭 筋 の グ リ コー ゲ ン

減 少 量 を 測 定 し たデ ー タ を図10.1に   図 中120,90%Vo2max強

自転 車 エ ル ゴ メー ター 運 動 を 行 わせ,

示 した2).

度 で の運 動 は 無 酸 素 的代 謝 の 割 合 が 多 い こ と

か ら,運 動 続行 が 不 可 能 とな っ た原 因 は 乳 酸 産 生 に よ る体 液pHの

低下 な

どが 原 因 し,筋 細 胞 で の 代 謝 過 程 が 抑 制 され た と考 え られ る.一 方,75

図10.1 

ヒ ト大 腿 四 頭 筋 の種 々 負 荷 強 度 に よ る 自転 車 運 動 時 の グ リ コ ー ゲ ン減 少(Saltin・Karlsson ,1971)2)

□ 内 の数 字 は 運 動 強 度,%Vo2maxを っ た時 点 を示 す.

示 す.↓

は運動 続行が不 可能 とな

％Vo2max

強 度 で の運 動 続 行 不 可 能 と な っ た 原 因 は,

比 べexhaustion時

60%Vo2max強

度 に

の 筋 グ リ コー ゲ ン 量 が 大 き く減 少 し て い る こ と か ら,

そ れ が 大 き な 要 因 と考 え ち れ る.   持 久 的 運 動 の持 続 に は酸 素 供 給 量 さ ち に は それ と密 接 に 関 連 す る呼 吸 ・ 循 環 機 能 も 重 要 な 要 素 と な っ て い る.し と(図10.2),75%Vo2max強 rate:H.R.),酸

か し,別

度 の 運 動 時 の 両 被 検 者 の 心 拍 数(heart

素 摂 取 量(oxygen

uptake:Vo2)に

図10.2  最 大 酸素 摂 取 量 が 同 じ被検 者(74ml/kg・ 業 維 持 に お け る,酸 素 摂 取 量,換 吸 数 の 変 化(黒

の 実 験 の デ ー タ3)を み る

田 ら,1972)3)

気 量,酸

分)の

差 は み ら れ ず,そ

同一酸素摂取水 準の作

素 摂 取 率,R.Q.,心

拍 数,呼

れ

ら が 運 動 継 続 の 限 定 因 子 と は考 え に くい.ま tion時 の 血 中 乳 酸 値 は2∼3mMで

た,こ

の 運 動 で のexhaus

あ っ た.

  ま た,高 糖 質 食 あ る い は低 糖 質 食 を一 定 期 間 摂 取 させ,同 一 強 度 の 運 動 を させ る と高 糖 質 食 摂 取 で運 動 継 続 時 間 が 延 長 す る との 報 告 も あ る4).こ の と きの 筋 グ リコー ゲ ン量 は 高糖 質 食 摂 取 時 で 高 値 を示 して い た.

  3)血

糖 値 の維 持 機 能

  ヒ トの 血 糖 値 は 約100mg/dlと

一 定 に 維 持 され て い る.す な わ ち,脳

細 胞 は エ ネル ギ ー 供 給 源 の貯 蔵 は な く,し か も利 用 で き る もの は グル コー ス の み で あ る.ま ず,血

た,脳 細 胞 の グル コー ス 取 込 み は イ ン シ ュ リン に依 存 せ

中 グ ル コー ス濃 度 に依 存 し て い る.さ

ら に,脳 細 胞 の代 謝 に お い て

解 糖 系 反 応 の律 速 は,細 胞 内 へ の グ ル コー ス の 取 込 み とな っ て い る.し た が っ て,血 糖 値 の 低 下 は脳 細 胞 のATP産

生 量 不 足 を招 き,脳 の 機 能 を低

下 させ る こ と と な る.   そ こ で,血 糖 値 の維 持 が 生体 と して は 重 要 とな り,血 中 グル コー スが 不 足 す る と肝 グ リコー ゲ ンの分 解 が 起 こ り,グ ル コー ス が 血中 に 供 給 され, 血 糖 値 が 維 持 され る こ と とな る.ま た,エ ネ ル ギ ー 消 費 量 の 多 い筋 は,自 らが蓄 え た 筋 グ リ コー ゲ ン を代 謝 す る こ とに よ って,血

中 グル コー ス使 用

を節 約 す る と と もに,そ の代 謝 の結 果 産 生 さ れ た 乳 酸 が 血 流 を介 し肝 臓 に 運 ば れ,そ

こ で グ ル コー ス の 新 生 が行 わ れ,血

に寄 与 し て い る(乳 酸 回 路 ま た はCori

中 に放 出 され 血 糖 値 の維 持

cycleと よぶ).さ

らに 筋 は 脂 肪 酸

の利 用 量 を 増 す こ とに よ って も血 中 グ ル コー ス 利 用 を 節 約 し,グ ル コー ス を 必 要 とす る組 織 へ の その 供 給 を 可 能 とな る よ う に して い る.

  4)有

酸 素 運 動 と脂 肪 の 利 用

  この よ うに 酸 素 を消 費 して の運 動 は 酸 化 的燐 酸 化 系 過 程 で の 脂 肪 の利 用 量 を増 加 させ る.し か も,そ の運 動 強 度 は解 糖 系 過 程 に よ るATP産

生に

頼 ら ず に 行 え る 範 囲 で あ る.こ が 可 能 と な り,消

の よ うな運 動 強度 で は長 時 間 に わ た る運 動

費 エ ネ ル ギ ー 量 も 多 く な る.こ

れ が 有 酸 素 運 動 で あ る.

  こ の よ う に 酸 素 摂 取 量 が 定 常 状 態 に あ る 運 動 で は,酸 酸 ガ ス 量 の 比(呼 吸 商respiratory 図10.3を

用 い,利

quotient:R.Q.)を

素 摂 取 量 と排 出 炭 知 る こ と に よ っ て,

用 され た エ ネ ル ギー 供 給 源 の そ れ ぞ れ の 量 も推 定 で き

る.   こ の と き,蛋

白 質 の 消 費 量 は 少 な い こ と か ら,糖

質 と脂 質 の 利 用 に よ り

エ ネ ル ギ ー 産 生 が 行 わ れ た と考 え ら れ る .   た と え ば,図10.2で75%Vo2maxの 0.88で

あ る.し

た が っ て,糖

運 動 を 行 っ た 際 のR.Q.は

平 均 約

と脂 肪 か ら 供 給 さ れ た エ ネ ル ギ ー は そ れ ぞ れ

60%と40%と

な る.そ

と か ら,110分

の 走 行 運 動 を 行 っ た 被 検 者 の エ ネ ル ギ ー 消 費 量 は1650 ら に,そ

し て,こ

kcalと

な る.さ

40%が

供 給 さ れ た も の で あ る.し

図10.3  R.Q.変

の と き の 酸 素 摂 取 量 が 約3l/分

で あ るこ

の エ ネ ル ギ ー は 糖 質 と脂 質 か ら そ れ ぞ れ60%と た が っ て,糖

質 の 利 用 量 は,990kcal÷

化 と糖 質,脂 肪 利 用 比 率 お よ び酸 素1l当

た りの エ

ネルギー産生量の関係 蛋 白質 の 消 費 量 は 少 な い こ とか ら無 視 し うる もの と して求 め る.

4kcal/g=247gと

な り,脂

質 の 利 用 量 は,660kcal÷9kcal/g=73gと

な

る.   さ ら に 運 動 強 度 が 高 くな る とR.Q.も

高 く な り,そ れ は 糖 の 利 用 割 合 が 増

す こ と を 示 す.   な お,蛋

白 質 の 消 費 量 は 尿 中 の 窒 素 量 を 調 べ る こ と に よ り可 能 で あ る.

す な わ ち,わ %で

れ わ れ が 日常 摂 取 す る 蛋 白 質 の 多 く は,窒

あ る こ と か ら 計 算 で き る.計

4kcalを

素 含 有 量 が 約16

算 に よ っ て 求 め ら れ た 蛋 白 質 量(g)に

乗 ず る こ と に よ り,蛋 白 質 消 費 に 伴 う エ ネ ル ギ ー 消 費 量 が 計 算 で

き る.

文

献

1)  Felig,P.,et

al.:Role

gluconeogenesis 2)  Saltin,B.,et

of

substrate

in the

regulation

of

hepatic

in fasting man.Adv.Enzyme.Regul.,7,41-46,1969. al.:Muscle

metabolism

during

exercise.p.206,Plenum

Press,1971. 3)  黒 田善 雄 ・他:酸

素 摂 取 水 準 の 維 持 能 力 に 関 す る研 究.1971年

度 日本 体 育

協 会 ス ポー ツ科 学 研 究 報 告,No.Ⅶ,1972. 4)  堀 田

昇 ・他:炭

水 化 物 ロー デ ィ ン グが 健 康 な 日本 成 年 男 子 の 筋 グ リ コー

ゲ ン 量 お よ び 自転 車 エ ル ゴ メ ー タ ー に よ る持 久 能 力 に 及 ぼ す 影 響.体 学,33,184-191,1984.

力科

11 栄養 素 の摂 取

  1) 

蛋 白質 の摂 取

  持 久 的 な種 目で は,筋

グ リコー ゲ ン 量 が 運 動 持 続 時 間 の規 定 要 因 とな っ

て い る こ とか ら,糖 質 の 摂 取 を 多め に す る こ と も必 要 で あ る.糖 質 の 貯 蔵 量 が 大 き く減 少 す る と血 糖 値 の低 下 を きた す.そ

れ を補 うた め に,生 体 は

肝 臓 で の グル コー ス産 生 の 材 料 を得 る た め,体 蛋 白の分 解 が 促 進 され る.   た とえ ば,絶

食 を した と きな どに は貯 蔵 グ リ コー ゲ ン量 が 低 下 す る と,

尿 中 へ の 窒 素 排 泄 量 の 増 加 が 観 察 され る1).し た が っ て,運 動 に よ る エ ネ ル ギ ー 消 費 量 が 多 い場 合 に は 蛋 白質 の 摂 取 も重 要 な課 題 と な る.   蛋 白質 は,普 通 の栄 養 摂 取 の 状 態 で あれ ば エ ネ ル ギ ー供 給 源 と して積 極 的 に 利 用 さ れ る こ とは少 な い.し か し,体 蛋 白は 絶 え 間 な く合 成 と分 解 を 受 け な が ら一 定 の 状 態 を保 って い る.そ の 合 成 の 材 料 とな る蛋 白質 の摂 取 量 は重 要 で あ る.蛋 白質 摂 取 量 は平 均 的 な成 人 男 子 で体 重1kg当 gと され て い る.ス ポー ツ選 手 は筋 量 を維 持 す る た め,こ

た り1

の 量 を上 回 る 摂

取 が 必 要 で あ る.   ま た,表11.1に

示 さ れ て い る よ うに,生 体 の 窒 素 平 衡 は き っ ち り と保

たれ て お り,摂 取 量 が 少 な い と排 泄 され る窒 素 量 は 少 な くな り,摂 取 量 が 多 くな る と窒 素 排 泄 量 も 多 くな る(表11.1,図11.1).す は他 の 栄 養 素 と異 な り,食 い だ め が で きな い.し

な わ ち,蛋

た が って,わ

白質

れ わ れ は毎

表11.1  蛋 白質 摂 取 量 を変 化 させ た と きの ヒ ト24時 間 尿 中 の 窒 素 化 合 物 (Harperよ

り改変)2)

図11.1  70gの

ヒ トで の 窒 素 の 流 れ(森,1991)2)

食 餌 蛋 白質 を摂 取 す る と,そ れ に 相 当す る 量 の窒 素(約16%)が

主 と し て尿

素 の 形 で 排 出 され る.

日,一

2) 

日必 要 量 に安 全 率 を見 込 ん だ量 を摂 取 す る こ とが 重 要 とな る.

1日 の 食 事 回 数 と体 脂 肪 量

さ ら に,食 事 摂 取 に お い て 注 意 しな け れ ば な らな い こ とは1日 の 食 事 回 数で あ る.子

ど もにつ い て,摂 取 エ ネ ル ギー をほ ぼ 一 定 に して 食事 の 回数

を変 え,皮 脂 厚 の 変 化 を調 査 し た結 果 が 図11.2で い と脂 肪 の 蓄 積 は 少 な い.ま

た,成

り,食 事 回数 が 少 な い ほ うが,高 の発 症 率 が 高 い4).ま た,ラ

あ るが,食 事 回 数 が 多

人 に つ い て も同 様 な 報 告 が さ れ て お

コ レ ス テ ロー ル 血 症,虚 血 性 心 疾 患 な ど

ッ トを用 い た実 験 で,食 物 を短 時 間 で 摂 取 す

る こ と を続 け て い る と,糖 負 荷 後 のR.Q.が

著 し く高 くな り,脂 肪 組 織 に

図11.2  子 ど もの 食事 回数 と皮下 脂 肪 厚 変化 の 関 係(Bobekら,1972)3)

お け る脂 肪 酸 合 成 能 が 増 大 す る5).   した が っ て,食 事 は小 分 け に して 摂 取 す る こ とが望 ま し く,朝 食 を抜 く こ とは 大 きな マ イナ ス と な る こ と を肝 に 命 じるべ き で あ る.痩 せ た いが た め に 朝 食 を 抜 く人 を 多 くみ か け る が,逆 に 脂 肪 をた め 込 ん で い る こ とに な る.   一 方,規

則 的 に持 久 的 運 動 を 継 続 し た場 合 に は,脂 肪 組 織 で の脂 肪 酸 合

成 が 高 ま るが,そ

れ 以 上 に脂 肪 分 解 能 が 高 ま る こ とか ら,体 脂 肪 量 は減 少

す る こ と とな る6).ま た,運 動 に よ り筋 量 も増 加 し,心 機 能 の 向 上 もみ ら れ る こ とか ら,健 康 の保 持 増 進 に とっ て好 ま し い こ と と な る.

  3)  糖 質 の 摂 取 と脳 の 機 能   筋 グ リコー ゲ ンの 減 少 が 大 き い と持 久 的 運 動 の持 続 時 間 は短 くな る こ と は 先 に述 べ たが,日

常 生 活 に お い て も糖 質 の 不 足 は 心 臓 の 機 能 あ るい は 脳

の 機 能 な どに も影 響 を及 ぼ す こ と とな る.   小 野 は 早 朝 ラ ンニ ン グ後,前

夜 の 食事 で の糖 質 摂 取 割 合 が 少 な い と,不

整 脈 の 発 生 が 多 い と して い る.ま た,動 物 実 験 に お い て も血 中遊 離 脂 肪 酸

濃 度 が 上 昇 す る と不 整 脈 が 多発 す るこ とが 報 告 され て い る7,8).   ま た,小 野 は 中 等 度 強 度 の運 動 を学 生 に 行 わせ た 場 合,空 腹 時 に 運 動 中 の収 縮 期 血圧 が 急 激 に低 下 す る が,ぶ

ど う糖100gを

経 口投 与 す る とそ の

減 少 が 抑 止 され た と して い る.こ の原 因 と して,空

腹 時 で蛋 白質 分 解 に よ

る 降圧 物 質 が産 生 さ れ た 可 能 性 を考 え て い る.   一 方,脳

細 胞 の 機 能 低 下 も酸素 の 不 足 に よ って もた ち され る が,糖 の 不

足 に よ る影 響 も大 き い と され,脳 細 胞 へ の グ ル コー ス の供 給 は細 胞 の エ ネ ル ギー 源 で あ るATPの

合 成 に使 用 され る の み で は な く,グ ル コー ス そ の

もの が 脳 細 胞 の機 能 維 持 に直 接 関 係 す る との報 告 が な さ れ て い る5).   し たが っ て,血 糖 値 の 低 下 は脳 の機 能 を低 下 させ る.交 通 事 故 の 発 生 と 血 糖 値 の 関係 につ い て の 報 告 で は,血 糖 値 が 低 下 して い る と きに事 故 の発 生 件 数 が 多 くな る.   ま た,朝

食 を抜 い た場 合 の 影 響 が 脳 の機 能 に ど の よ うに 作 用 す るか を簡

単 な 計 算 を させ た実 験 を行 っ た とこ ろ,図11.3の

よ う な結 果 が得 ちれ た.

  朝 食 そ して昼 食 を きち ん と とっ た 場 合 は,朝9時 り,昼 そ し て午 後3時

に行 っ た 計 算 の能 率 よ

は,計 算 の 能 率 は 朝9時

とさ らに 高 くな っ たの に対 し,朝 食 を抜 い た場 合 に の レベ ル の ま ま推 移 した.そ

して,こ の 傾 向 は 朝

食 と昼 食 を と もに 抜 い た場 合 とほ ぼ 同 じで あ っ た.   糖 の 貯 蔵 量 は わ れ わ れ の か ら だ で は エ ネ ル ギー 消 費 量 に 対 し少 な い量 で あ る.し た が っ て,糖 質 の補 給 は こ まめ に 行 う必要 が あ る.特 に,情 報 化 社 会 に 生 活 す る わ れ わ れ に と って は糖 の摂 取,す 1日 に 一 定 の 時 間 を お い て3回

な わ ち 食事 を少 な く と も

は とる 必要 が あ る.こ の 食 事 回数 は,体 脂

肪 の蓄 積 との 関 係 で も述 べ た こ と で あ り,健 康 の基 礎 と し て重 要 な こ とが ら で あ る.

図11.3  朝 食 を 食べ なか っ た と きの 単 純 な計 算 の 作 業 能 力(下 よび 血 糖 値(上

文

段)の1日

段)お

の推移

献

1) 

吉 川 春 寿:か

ら だ と 食 物.pp.70-83,岩

波 書 店,1969.

2) 

森   正 敬:生

体 の 窒 素 の 旅,pp.2-6,共

立 出 版,1991.

3) 

Bobek,P.,et

utilization 4) 

Fabry,P.,et

al.:Influence of acetate-1 al.:栄

14 C 養 学(吉

of reduced in the

feeging

frequency

on

liver,Experientia,15,389-90,1972.

川 春 寿 訳),朝

倉 書 店,1979.

the

in vitro

5) 

Leveille,G.A.,et

metabolism 6) 

Tokuyama,K.,et

gain 7) 

al.:Influence

in the

of male

al.:Effect and

female

Oliver,M.F.,et

arrhythmias

periodicty

of

eating

on

energy

of wheel

death

running

on food

intake

and

weight

rats.Physiolo.Behav.,28,899-903,1982.

al.:Relation and

of

rat.J.Nutr.,93,541-545,1967.

after

acute

between myocardial

serum-free-fatty

acids

and

infarction.Lancet,6,710-

714,1968. 8) 

酒 井 敏 夫 ・他;不

る 研 究 Ⅰ・Ⅱ.デ

整 脈 発 生 誘 因 と して の 血 中遊 離 脂 肪 酸 の 作 用 機 構 に 関 す

サ ン ト研 究 報 告,4,20-34,1983;5,2-12,1984.

9)  岡 田 安 弘:脳 切 片 の エ ネ ル ギ ー 代 謝 と ニ ュ ー ロ ン 活 動 ― 無 酸 素,無 ー ス と神 経 機 能 .蛋 白 質 核 酸 酸 素,35,1137-1142,1970.

グル コ

12 呼吸機 能 と運動

  細 胞 が 消 費 す るATPの TCAサ る.し

ほ とん ど はエ ネ ル ギ ー 供 給 源 で あ る糖,脂

肪が

イ クル で 酸 素 を消 費 し て 酸 化 さ れ る こ とに よ っ て 供 給 さ れ て い たが っ て,酸 素 の 供 給 が 断 た れ る と細 胞 は 死 滅 して し ま う.特 に,

脳 細 胞 は 酸 素 供 給 を断 た れ る こ とに 弱 く,酸 素 を運 搬 す るた め の 血 流 を数 分 断 た れ る と,そ の機 能 は停 止 し,個 体 は死 に 至 る.   す な わ ち,わ れ わ れ の か ら だ に は 酸 素 の貯 蔵 が な い ため,必 要 量 が 常 に 供 給 され 続 け な い と生 命 が 維 持 で き な い.表12.1に,生

体 が エ ネ ル ギー

産 生 に 必 要 な栄 養 素 と酸 素 な ど の1日 の 摂 取 量(排 泄 量)と 血 液 に 含 ま れ る量 をあ げ た.酸 素 の 摂 取 量 と血 液 含 有 量 の 比 が 他 の 物 質 に 比べ ず ば 抜 け て大 き い.エ ネ ル ギー 供 給 源 で あ る糖 な ど は,さ

ら に 多 くが他 の 場 所 に貯

蔵 さ れ て い る こ とか ら,外 か らの供 給 が な く と も数分 で死 ぬ とい う こ とは な い.   この 酸 素 を肺 胞 か ら血 中に 取 り込 み,そ 代 謝 の 結 果 産 生 さ れ たCO2を

れ を各 組 織 に 供 給 し,さ ら に,

各 組 織 か ら集 め,肺

胞 よ り空 気 中 に 排 出 す

る こ と を呼 吸 とい う.

  1)  血 液 の 酸 素 運 搬 能   血 液 の 重 要 な機 能 は 酸 素 運 搬 で あ る.血 液 の循 環 系 を眺 め て み る と,肺

表12.1  血 液 の 物 質 運 搬 量 とそ れ らの 一 日摂 取 ま た は 排 出量

Bの 値 は 体 重65kg,血 1)O2が 2)HCO3と 3)遊

液5lと

し て全 血 中 に

飽 和 した状 態 に あ る と して して 溶 け て い る 量 をCO2に

換 算 して

4)血

離 の ぶ ど う糖 の 量 だ け を 清 ア ル ブ ミ ンに 結 合 して い る代 謝 性 の脂 肪 酸 量 だけを

5)遊

離 ア ミ ノ酸 量 だ け を

それ ぞ れ算 出 した.

は 心 臓 と直 列 に 配 列 され て お り,心 臓 よ り拍 出 さ れ た 血液 の100%が

通過

す る.他 の 臓 器 は 心 臓 と並 列 に 配 列 さ れ て お り,そ れ ぞ れ が 心 臓 か ら拍 出 され た 血 液 量 の何%ず

つ か を受 け 取 っ て い る.酸 素 の供 給 が 断 たれ る と数

分 で そ の 機 能 が停 止 して しま い,し か も生 命 維 持 に重 要 な役 割 を果 た して い る脳 で も,そ の割 合 は20%に

満 た な い 量 で あ る.ま た,血 管 系 は 酸 素

運 搬 の 経 路 で あ る動 脈 系 と二 酸 化 炭 素 の運 搬 経 路 で あ る静 脈 系 とが きち ん と区 別 さ れ て い る.他 の エ ネ ル ギ ー 供 給 源 あ るい は老 廃 物 の 運 搬 経 路 は こ の よ うに厳 密 に は 区分 さ れ て い な い.   この 循 環 系 を流 れ る血 液 も,血 液 量 の約45%が で 占め られ て い る.そ

酸 素 を運 搬 す る赤 血 球

して,こ の 赤 血球 に は核 も ミ トコ ン ド リア もな く,

しか も,他 の 軟 組 織 の 細 胞 よ り も10∼20%も

水 分 量 を少 な くし,酸 素 を

結 合 して 組 織 ま で 運 ぶ 役 割 を 担 っ て い るヘ モ グ ロ ビ ン(hemoglobin: Hb)で

満 た され て い る.

  ヘ モ グ ロ ビ ン量 は成 人 男 子 で 約16g/100ml血

液,女

子 で14g/100ml

血 液 で あ り,こ の 量 は平 地 で あ れ ば,酸 素 消 費 量 が 多量 とな る持 久 的 トレ

ー ニ ン グ を継 続 して も増 加 し な い.す な わ ち,ヘ モ グ ロ ビ ン濃 度 の 増 加 は 皿 液 の粘 性 を増 大 させ る こ と と な り,粘 性 の 高 い 血 液 を閉 鎖 血 管 系 で 循 環 させ るた め に は 心 臓 に大 きな 仕事 を強 い る こ と とな る.さ

らに,そ の 増 加

した仕 事 に 見 合 う酸 素 量 をヘ モ グ ロ ビ ン増 加 量 で は まか な え な くな り,心 臓 の 仕 事 量 に見 合 う酸 素 量 を 供 給 し う るヘ モ グ ロ ビ ン 濃 度 は15g/100ml ほ ど とな る.こ の 濃 度 は,哺 乳 類 一 般 に もあ て は ま り,心 臓 の仕 事 量 を で き る だ け 少 な くし,最 大 の 酸 素 運 搬 量 を実 現 して い る.   ま た,ヘ

モ グ ロ ビ ン は 酸 素 分 圧(大

mmHg=760mmHg×20.93%,肺

約159

胞 内 酸 素 分 圧 は 約100mmHg,組

の 酸 素 分 圧 は約40mmHg)が で ほ ぼ100%の

気 中 の 酸 素 分 圧:Po2は

織

高 い と酸素 を結 合 し(酸 素 分 圧100mmHg

ヘ モ グ ロ ビ ン が 酸 素 と結 合 す る),酸 素 分 圧 が 低 い と酸 素

を解 離 す る(酸 素 分 圧40mmHgで 離 す る)性 質 を もつ.こ

は約25%の

の 性 質 に よ っ て,ヘ

ヘ モ グ ロ ビ ンが 酸 素 を解 モ グ ロ ビ ンは 酸 素 分 圧 の 高 い

肺 胞 で酸 素 を結 合 し,そ の 酸 素 を酸 素 分 圧 の低 い組 織 で解 離 し,組 織 に渡 す こ とに よ り酸 素 の 運 搬 機 能 を果 た して い る.   こ の ヘ モ グ ロ ビ ン の 酸 素 解 離 は 酸 素 分 圧 の 変 化 の み で は な く,血 液 の CO2分 圧,pH,温

度 の 影 響 も受 け る.し た が っ て,運 動 時 で は,代 謝 の

亢 進 に よ りCO2分

圧 の上 昇,体

るpHの

温 の 上 昇,さ

低 下 が あ る こ とか ら,図12.1に

ら に は 乳 酸 な ど の産 生 に よ

示 され て い る よ う に,ヘ

モ グロ

ビ ン の 酸 素 解 離 曲 線 は右 に シ フ トし,酸 素 を よ り解 離 しや す い状 態 と な る1).   なお,肺

胞 を 通 過 した ヘ モ グ ロ ビ ン は約20ml/100ml血

む こ と と な り,組 織 で そ の 約25%(5ml/100ml血 る.安 静 時 の循 環 血 液 量 を約5000ml/分 量 は,(5ml/100ml)×5000ml/分=250ml/分

液)を

液 の 酸 素 を含 渡 す こ とに な

とす る と,組 織 に 渡 さ れ た 酸 素 と な る.こ の 量 が 安 静 時

の 酸 素 消 費 量 で あ る.し た が っ て,酸 素 消 費 量 が さ らに 増 大 す る と循 環 血 液 量 も増 加 す る,そ

れ は 心 機 能 を 亢 進 させ る こ と に よ っ て 行 わ れ る.ま

図12.1  ヘ モ グ ロ ビ ンの 酸 素 解 離 曲 線 肺 胞 の 酸 素 分 圧100mmHgの mmHgの

と きに は75%のHbがO2と

低 下,体 a:動

と き ほ ぼ100%のHbがO2と 結 合 して い る.そ

結 合 し,組 して,こ

温 の 上 昇 が あ る と右 ヘ シ フ トし,酸 素 を解 離 す るHbの

脈 血,V:静

脈 血,Q:心

織 の 酸 素 分 圧40

の 曲 線 は 運 動 に よ りpHの 割 合 が増 す.

拍 出 量(l/分).

た,酸 素 運 搬 量 を増 大 させ る ため に は肺 胞 で ガ ス交 換 も亢 進 させ る こ とが 必要 と な り,換 気 量 も増大 す る.こ の換 気 量 の 増 大 は 呼 吸 機 能 の 亢 進 に よ り可 能 とな る.

 2) 

呼 吸運 動

  肺 は 閉鎖 さ れ た 空 洞 で あ る胸 郭 の 中 に あ り,気 管 に よっ て の み外 界 と通 じて い る.ま

た,ガ ス 交 換 の場 と な る肺 胞 は筋 肉 を もっ て お らず,胸 郭 内

空 の 拡 張 ・縮 小 に よ る胸 郭 内圧 の 変 化 に よ り受 動 的 に膨 張 ・縮 小 し,肺 胞 内 の 換 気 を行 っ て い る.  胸 郭 の 拡 張 ・縮 小 は 肋 間 筋 の 収 縮 ・弛 緩 に よ る胸 郭 の 挙 上 と沈 下,さ

ら

に は横 隔 膜 の 収 縮 ・弛 緩 に よ る下 方 ・上 方移 動 に よ って 行 わ れ て い る.  す な わ ち,安 静 時 の 吸 息 の 場 合 に は,ま ず,吸

息 筋 と呼 ば れ る外 肋 間筋

と軟 骨 間 筋 の収 縮 に よ り脊 椎 を支 点 と して肋 骨 が 挙 上 され,胸 郭 を拡 張 す

る.ま

た,横

隔 膜 が 収 縮 す る こ と に よ り胸 郭 を 下 方 に 拡 張 す る.こ

に よ り胸 郭 内 圧 の 低 下 が 起 こ り肺 胞 は 膨 張 し,空 息 の 場 合 に は,外 し,横

気 が 流 れ 込 む.一

方,呼

肋 間 筋 と 軟 骨 間 筋 の 弛 緩 に よ り胸 郭 は そ の 重 さ で 沈 下

隔 膜 は 弛 緩 す る こ と に よ り上 方 へ 移 動 す る.こ

上 昇 し,肺

胞 は そ の 弾 性 に よ り 縮 小 す る.

  な お,内

肋 間 筋 は 呼 息 筋 と よ ば れ て い る が,安

働 い て お ら ず,努

の運動

れ に よ り胸 郭 内 圧 が

静 時 の 呼 吸 で は ほ とん ど

力 性 呼 息 の と き に 収 縮 し胸 郭 を 沈 下 さ せ る.

  こ の よ うな こ とか ら換 気 能 力 の 向 上 は 呼 吸 筋 の 機 能 改 善 に 関 係 し て く る.ま

た,呼

と か ら,そ な い.ま はfast

吸 筋 は,運

動 時 に は 換 気 量 の増 大 に 伴 い呼 吸数 も 多 くな る こ

の 収 縮 ・弛 緩 速 度 が 速 く な っ て も そ れ に 対 応 で き な け れ ば な ら

た,一 typeの

生 涯 収 縮 ・弛 緩 を 続 け ね ば な ら な い.し 筋 線 維 が 多 い に も か か わ ら ず,そ

た が っ て,呼

吸筋

れ らは 他 の 骨 格 筋 とは 異

な り酸 化 系 酵 素 活 性 が 高 い と い う特 徴 を も つ2).ま

た 持 久 的 な トレー ニ ン

グ に よ り 呼 吸 筋 の 収 縮 力 お よ び 酸 化 系 酵 素 活 性 が 上 昇 す る こ と か ら,換

気

量 の 増 大 す る こ とが 報 告 さ れ て い る3).

文

献

1)  榎

泰 義(本

41-68,真

田 良 行 編):血

液 に よ る酸 素 の 運 搬.臨

床 呼 吸 生 理 学 Ⅱ,pp.

興 交 易 医 書 出 版,1981.

2)  Green,H.J.,et

al.:Inter-and

distribution and of succinate fibers of mammalian 3)  Ekblom,B.,et

intraspecies

dehydrogenase

comparisons

of fiber type

activity in type Ⅰ,ⅡA and ⅡB

diaphragmas.Histochemistry,81,67-73,1984.

al.:Effect

of training on circulatory

J.Appl.Physiol.,24,518-528,1968.

response

to exercise.

13 運 動 と心 臓

  1)  運 動 と心 拍 出 量   運 動 に よ り酸 素 摂 取 量 は 増 大 す る.そ れ に 必 要 な 酸 素 は 赤 血 球 に よ っ て 各 組 織 に運 ば れ る.そ の た め に は循 環 血 液 量 を増 加 させ る必 要 が あ る.そ

図13.1  1960)1)

運 動 の 強 度

と 循 環 応 答(Brouha・Rodford,

の 機 能 を担 っ て い るの が 心 臓 で あ る.す な わ ち,心 臓 は 必 要 に応 じて 心 拍 出 量 を増 大 させ て これ に 対 応 して い る.心 拍 出 量(ml/分)は,心 回 の 拍 動 で 駆 出 す る血 液 量:一 分)と

の 積 で あ る.そ

れ らの 関 係 を図13.1に

回 拍 出 量(ml)と1分

臓 が1

間 の 心 拍 数(B/

して,酸 素 摂 取 量 と心 拍 出 量 は比 例 関係 に あ る.こ 示 した.

  ま た,酸 素 摂 取 量 は組 織 の 酸 素 消 費 能 力 と も関係 す る こ とか ら,次 の 式 で表 され る. 酸 素 摂 取 量=心 拍 出 量 ×動 静 脈 酸 素 較 差   し た が っ て,最 大 酸 素 摂 取 量 は,動 静 脈 酸 素 較 差(運

動 の 場 合 に は 骨格

筋 の 酸 素 消 費 能 力 を表 す)が 頭 打 ち に な る こ とか ら,心 拍 出 量 を どれ だ け 増 大 で き る か に よ り決 ま る.表13.1に

持 久 的 トレー ニ ン グ に よ る循 環 系

機 能 の 変 化 を示 した が,最 大 酸 素 摂 取 量 が 増 加 し,心 拍 出 量 も増 加 して い る.参 考 ま で に 示 した一 流 長 距 離 ラ ン ナ ー は い ず れ の 測 定 値 も さ らに 高 値

表13.1  持 久 的 トレー ニ ン グ に よ る各 種 機 能 の 変 化(Wilmore,1970よ

り改 変)2)

を示 して い る.   す な わ ち,最 大 酸 素 摂 取 量 の 重 要 な 規 定 因子 を心 拍 出量 とす る こ とが で き る.そ

して,心 拍 出 量 は 一 回拍 出 量 と心 拍 数 との積 で決 ま るが,心 拍 数

の 上 限 は 成 人 で約180B/分 低 下 す る.し

で あ る が,持 久 的 トレ ー ニ ン グ に よ りそ れ は

たが っ て,一 回 拍 出 量 が 増 大 す る こ とが 最 大 酸 素 摂 取 量 を増

加 させ る こ と とな る.そ れ は 心 容 積 の 増 大,さ

らに は心 筋 の収 縮 力 の 増 大

な どが 原 因 す る.

  2) 

持 久 的 トレ ー ニ ン グ と心 肥 大

  心 陰 影 面 積 の 測 定 に よ り心 臓 の大 き さ を種 目別 に 比 較 す る と,持 久 的 種 目ほ ど大 き い傾 向 が 認 め られ る3).ま た,動 物 実 験 に お い て も,持 久 的 ト レー ニ ン グに よ り,体 重 当 た りの心 筋 重 量 は増 加 す る こ とが 報告 され て い る4).   一 方,こ

の 報 告 で は,腹 部 大 動 脈 の 狭 窄 に よ り血 圧 上 昇 を きた し た ラ ッ

トで も心 肥 大 の あ っ た こ と を報 告 して い る.し か し,両 者 間 に は 心 筋 ミオ シ ン ア イ ソザ イ ム の割 合 に 違 いが み られ,持 久 的 トレー ニ ン グの 継 続 に よ り心 肥 大 が 生 じた ラ ッ トの 心 筋 で はV1ミ

オ シ ン の 割 合 が 多 い.

  心 筋 ミオ シ ン のヘ ビー チ ェー ン に は α,β の2種 オ シ ン は収 縮 速 度 は速 い が,エ

類 が あ り,α タ イプ ミ

ネ ル ギ ー 効 率 は 低 い 特 徴 を もつ.一

方,β

タ イ プ ミオ シ ン は そ の逆 の性 質 を も ち,そ れ らの 組 合 せ に よ りV1(α, α),V2(α,β)そ

してV3(β,β)の3種

の ミオ シ ンア イ ソザ イ ム が 存

在 す る.   高 血 圧 心 筋 で は仕 事 量 増 大 に対 応 す る た め にV3ミ

オ シ ン が 増 加 す る.

ま た,持 久 的 トレー ニ ン グ に よ る 心 肥 大 で は,心 筋 細 胞 に 酸 素 を供 給 す る 毛 細 血 管 の 増 殖 が 起 こ り,心 筋 細 胞 が 肥 大 して も仕 事 量 増 大 に 伴 うエ ネ ル ギー 消 費 量 の 増 加 に も,充 分 な酸 素 供 給 を可 能 と し,そ れ に 対 応 で き る. しか し,高 血 圧 心 筋 で は,毛 細 血 管 の 増 殖 は 認 め ら れ ず,細 胞 へ の 酸 素 拡

表13.2 

事 故 死 ス ポ ー ツ マ ン の 心 重 量(H.Reindelt,1980)5J

散 の 効 率 は 低 下 す る こ と と な り,仕

事 量 が さ らに 増 大 す る と それ に 充分 対

応 で き な い こ と と な る.   ま た,持

久 的 ト レ ー ニ ン グ を 継 続 し た ラ ッ トの な か に は,心

起 こ さ れ た が,β

肥大 が引 き

ミ オ シ ン の 割 合 の 増 加 が 認 め られ た 個 体 も あ る.一

事 故 死 亡 ス ポ ー ツ マ ン の 剖 検 時 心 重 量 の 大 部 分 が,300∼350gが 重 量 と さ れ て い る の に 対 し て,著 13.2).し

た が っ て,両

平均 心

し く大 き い こ と が 報 告 さ れ て い る(表

者 の 結 果 を 総 合 す る と,持

り心 肥 大 が 引 き 起 こ さ れ て も,ミ

方,

久 的 トレー ニ ン グ に よ

オ シ ン ア イ ソザ イ ム の 変 化,あ

る い は毛

細 血 管 増 殖 な どが 仕 事 量 の 増 大 に対 応 で きて い な い場 合 に は事 故 が 起 こ り う る と 考 え ち れ る.   65歳

の と き ボ ス ト ン マ ラ ソ ン で133名

ン 出 場 が100回(優 以 上 出 場 し,70歳

勝7回),68歳

示 し た よ う に,安

だ い ぶ 低 い.こ

ま で15マ

あ り,正

れ までの フルマ ラ ソ

イ ル 以 上 の レ ー ス に1000回

で 直 腸 癌 で 死 亡 し たClarence

で は 心 臓 重 量 が340gで 13.2に

中78位,そ

De

Marの

死体解 剖所見

常 で あ っ た と さ れ て い る.De

Marは

図

静 時お よび運動 中の心 拍数 が他 の被 検 者 に比べ

れ は 一 回 拍 出 量 が 大 き い こ と を 示 す も の で あ り,ト

ン グ を 行 っ て い な い 被 検 者CVCの

約2倍

と な っ て い る6).De

レー ニ

Marの

最

図13.2  De Marと

あ ま り トレー ニ ン グ を して い な い 人 の

酸 素 摂 取量 と心 拍数 お よび一 回 拍 出 量 の 関係 (Bockら,1963)6) 被 検 者CVCは

運 動 経 験 が な く,酸 素 摂 取 量 が2l/分

動 負 荷 の と き 心 拍 数 が160B/分 Marは118B/分

の運

で あ る の に 対 し,De

で あ る.

盛 期 に は心 臓 も も う少 し大 きか っ た で あ ろ う とは 想 像 で き るが,こ

の例か

ら,心 肥 大 が あ ま り起 こ らず に 心 筋 の 収 縮 力 の 増 大 に よ って 大 きな 拍 出量 が 可 能 とな る心 臓 が 運 動 に は 適 して い る と考 え られ る.

文

献

1) 

Brouha

Johnson 2) 

and

Rodford:Science

Wilmore,J.H.,et

week

program

al.:Physiological of jogging.Medicine

3) 

北 村 和 夫 ・他:ス

4) 

黒 川 貞生

ポ ー ツ 心 臓.呼

・成 澤 三 雄:心

北 村 和 夫(久

131,体 6) 

of

exercise

and

sports,

松

alterations and

Science

vesulting

from

a

10-

in Sports,2,7-14,1970.

吸 と 循 環,7,880-892,1957.

・猪 飼 編):ス

力 研 究,69,39-48,1988. ポ ー ツ と循 環 系

・ス ポ ー ツ 医 学,pp.126-

育 の 科 学 社,1980.

Bock,A.V.:The

1963.

medicine

筋 ミ オ シ ン ・ア イ ソ ザ イ ム に 及 ぼ す 長 期 持 久 的 ト

レ ー ニ ン グ お よ び 圧 負 荷 の 影 響,体 5) 

and

(ed.),pp.178-206,1960.

circulations

of marathoner.J.Sports

Med.,3,80-86,

14 運動 に よ る心拍数 の変化

  1)  運 動 と 心 拍 数   図13.1に

み られ る よ う に,酸 素 摂 取 量 の 増 大 に 比 例 して 心 拍 数 は 増 加

す る.す な わ ち,図 に 示 さ れ て い る よ うに,一

回拍 出量 は 心 拍 数 の低 い レ

ベ ル で頭 打 ち とな り,以 後 の心 拍 出 量 の増 大 は もっ ぱ ら心 拍 数 の 増 加 に よ る もの で あ る.し た が って,成

人 で は最 大 心 拍 数 が180B/分

近 辺 に あ り,

最 大 心 拍 数 が 示 さ れ るあ た りで最 大 酸 素 摂 取 量 が 測 定 され る.   心 臓 の収 縮 期 ・弛緩 期 時 間 が 心 拍 数 の 増 加 と どの よ う な関 係 に あ る か を 示 し た もの が 図14.1で す る.た

あ る.心 拍 数 の 増 加 に伴 い1心 周 期 の 時 間 は 短 縮

と え ば,心 拍 数 が150B/分

と比較 し1/2ほ

とな っ た と き,収 縮 期 時 間 は安 静 時

どに しか な っ て い な い が,拡 張 期 時 間 は1/4以

下 とな っ て

い る.心 筋 へ の酸 素 供 給 は 血 流 が 確 保 で き る心 拡 張 時 に行 わ れ る.し た が っ て,拡 張 期 時 間 の短 縮 は 血 流 の確 保 に影 響 を及 ぼ し,180B/分

以上 の心

拍 数 の維 持 は 困難 とな る.し か し,心 筋 の収 縮 速 度 が 速 け れ ば,一 般 に 弛 緩 速 度 も速 い こ とか ら,弛 緩 時 に 血 流 を確 保 で き る こ と とな り,高 い心 拍 数 で も対 応 で き る こ と とな る.最 大 心 拍 数 は,図14.2に

示 されて い る よ

うに 若 い と きに は 高 く,年 齢 を とる に従 い 低 下 す る傾 向 が 認 め られ る.こ れ は 心 筋 ミオ シ ン の 変 化,β 受 容 体 機 能 や ア デ ニ ル シ ク ラー ゼ(adenylcyclase)系

以 遠 の 退 行 性 変 化 が 関 与 して い る と考 え られ る1,2).

図14.1  心拍数 の変化 と収縮期時間お よび拡張期 時間の関係

図14.2  加 齢 に 伴 う最 高 心 拍 数 の 変 化

  ま た,安 静 時 心 拍 数 も新 生 児 で は100B/分 に 減 少 し,20歳

代 以 後 は70B/分

ほ どで あ る が,加 齢 と と も

近 くで 推 移 す る.そ

し て,60歳

以降 で

は さ らに低 下 を示 す.   安 静 時 心 拍 数 か ら最 大 心 拍 数 まで の 増 加 幅 を心 活 動 の余 裕 とい うが,上 記 の こ とが ち を考 え合 わせ る と,20歳

代 以 後 は 徐 々 に 減 少 す る とい え る.

  心 活 動 の 余 裕 は持 久 的 な トレー ニ ン グ を継 続 す る こ とに よ り,一 回 心 拍 出 量 が 増 大 す る こ とか ら,さ

らに大 き くな る.一 回 拍 出量 の 増大 は,安 静

時 心 拍 数 の 低 下 お よび 運 動 時 の最 高心 拍 数 を低 下 させ る.さ

らに一 回 心 拍

出 量 が 増 加 す る と運 動 後 の 心 拍 数 の 回復 も速 め る傾 向 が 認 め られ る.

  2)持

久 的 運 動 能 力 とハ ー バ ー ドス テ ッ プ テ ス ト

  運 動 後 の 心 拍 数 の 回復 速 度 か ら持 久 的 運 動 能 力 を判 定 す る方 法 と して ハ ー バ ー ドス テ ップ テ ス トが あ り,わ が 国 で は,踏

台 の 高 さ と運 動 時 間 を 日

本 人 向 け に 改 良 し,踏 台昇 降 テ ス トと して行 われ て い る.そ の方 法 は,ま ず,小

学 生 お よび 女 子 で は 高 さ35cm,中

の 台 へ の 登 り降 り を,1分 運 動 終 了後1分 分 か ち3分30秒

間30回

よ り1分30秒

学 生 以 上 の 男 子 で は 高 さ40cm

の 一 定 リズ ム で3分

まで,2分

か ら2分30秒

間 行 う.そ まで,そ

して,

して,3

ま で の 心 拍 数 を お の お の 数 え,次 式 に代 入 し指 数 を求 め

る もの で あ る.

判定指 数=   そ して,そ

運 動 時 間 ×100/ 2×(回

復 期1'00"∼1'30",2'00"∼2'30",3'00"∼3'30"の

心 拍 数 の 合 計)

の 評 価 基 準 は次 の とお りで あ る.

  判 定 指 数   54以 下   劣 弱  55∼64  普 通 よ りや や 劣 る  65∼79  普 通  80∼89  良 好  90以 上  優 秀   台 の 高 さお よ び 時 間 は異 な るが,日 本 の各 種 目の トップ ア ス リー トの成 績 を 比 較 して み る と,図14.3に

示 され て い る よ うに 持 久 的 能 力 が 要 求 さ

れ る種 目の 選 手 で そ の 指 数 が 高 い.   一 方,発

育 期 で の こ の判 定 指 数 の 推 移 を み る と,図14.4に

示 され てい

る よ うに,判 定 指 数 は 発 育 に伴 っ て低 下 す る傾 向 に あ る.し か し,こ れ は

図14.3  東 京 オ リ ン ピ ッ ク候 補 選 手 の ハ ー バ ー ドス テ ップ テ ス ト判 定 指 数 の 種 目別 平 均 値 ス テ ップ 台高 は55cm,運

動 時 間 は5分

間 で測 定.

図14.4  発 育 期 に お け るハ ー バ ー ドス テ ップ テ ス ト判定 指 数 の 推 移

持 久 的 能 力 が 発 育 に伴 っ て低 下 して い る とは 考 え に くい.発 育 期 の 運 動 に 対 す る循 環 器 系 の 反 応 は循 環 器 系 機 能 が 完 成 した成 人期 と は異 な る と考 え られ る.   ま た,中 高 年 者 も運 動 に 対 す る循 環 器 系 の 反 応 が 青 年 期 とは 異 な る面 が

図14.5  年 代 別 の 運 動 強 度 に 対 す る心 拍 数 お よ び最 高 血 圧 応 答 の 特 徴(青

あ り,心 ち,中

木,1979)3)

拍 数 か ら 運 動 強 度 な ど を 設 定 す る 場 合 に 注 意 を 要 す る.す

高 年 者 は 運 動 に 伴 う 血 流 量 増 加 に 対 し,心

傾 向 が 強 く,同

一強 度 の 運 動 を 負 荷 し た と き,心

と 違 い は み ら れ な い が,血

な わ

拍 数 よ り血 圧 で 応 答 す る 拍 数 の 変 化 は他 の 年 齢 層

圧 が 大 き く上 昇 す る(図14.5)3).し

た が っ て,

心 拍 数 の 変 化 の み で運 動 強 度 を判 定 して い る と危 険 を招 くこ と もあ り う る の で 注 意 を 要 す る.

文

献

1)  Schocken,D.D.,et

al.:Reduced

aging man.Nature,267,856-858,1977.

adrenergie

receptor

concentrations

in

2) 

Krall,J.F.,et concentration

al.:Age-related and

reduced

elevation

responsiveness

of of

plasma

byphocyte

cathecolamine adenylciclase.J.

Clin.Endocrinol.metab.,52,863-867,1981. 3) 

増 索.体

田 充 男

・他:循

環,呼

力 研 究,6,55-60,1965.

吸 機 能

の 解 析 に

よ る 中 高 年 者 の 運 動 至 適

量 の 検

15 運 動 と 血 圧

  運 動 時 に は 安 静 時 に比 べ 酸 素 消 費 量 が 増 加 す る こ とか ら,心 拍 出量 は 増 加 す る.こ の 増 加 に よ っ て,血 液 は 閉鎖 循 環 系 を流 れ る こ とか ら,血 圧 は 増加 す る.し か し,血 管 系 の 抵 抗 の 調 節 に よ り血 圧 の上 昇 は それ ほ ど多 く な ら ず,し か も,表15.1に

示 され て い る よ うに,酸 素 を よ り必 要 とす る

活 動 筋 に 多 くの 血 液 が 循 環 す る よ うに調 節 され る.

  1)  血 圧 と そ の 変 動   ふ つ う,血 圧 とい っ て い るの は,動 脈 内 を流 れ る血 液 の機 械 的 な圧 で あ る.心 室 筋 の 収 縮 時 に は,そ の 圧 力 に よ って 血 液 が 大 動 脈 に 送 り出 さ れ る の で,こ の と きの 血 圧 が 最 も高 い.こ れ を収 縮 期 血 圧 あ るい は 最 高 血 圧 と 表15.1  運 動 に よ る各 臓 器 血 流 量 の 変 化(Anderson,1968)

い う.   一 方,心

室 筋 が拡 張 して心 室 に 血 液 が 流 入 して くる と きに は,動 脈 内 の

血 圧 が 最 も下 が る.こ の と きの圧 を拡 張 期 血 圧 ま た は最 低 血 圧 とい う.   そ して,収 縮 期 血 圧 と拡 張期 血 圧 の 差 を脈 圧,動

脈 内 を流 れ る血 圧 の 平

均 値 を平 均 血 圧 と い う.な お,こ の 平 均 血 圧 は,ふ つ う上 腕 部 で測 定 され た 血 圧 の 場 合 は,拡 張 期 血 圧+脈 圧 ×1/3で 求 め られ る.こ れ が,腎 臓 や 毛 細 血 管 で の 濾 過 圧 に 関係 す る圧 で あ る.   血 圧 を決 め る大 き な要 素 は,心 拍 出量 と細 動 脈 の 抵 抗(血

管 抵 抗)で

あ

る.し た が っ て,心 拍 出 量 が 増 加 す れ ば 血圧 は 上 昇 す る.ま た,心 拍 出量 に 変 化 が な くと も,種 々 の 原 因 に よ っ て 細 動 脈 が 収 縮 す る と血 圧 の 上 昇 が み られ る.   た とえ ば,知

的 労 働 を行 っ て い る 日 と休 日で リラ ッ クス して い た 日 と を

比 較 す る と,知 的 労 働 を行 っ た 日に は精 神 的 緊 張 か ら血 管 抵 抗 が 高 ま り血 圧 は 上 昇 して い る(図15.1).ま

た,こ

の 図 か ら 日 内変 動 も観 察 され

る1).

図15.1  正 常 血 圧 を示 す 健 常 男 子(52歳)の ↓:食 事,*:新

聞 を読 む(そ

の 後 再 び 入 眠).

血 圧 日内 変 動(川

崎,1993)

  2) 

運 動 と血 圧

  運 動 を 負荷 す る と血 圧 は上 昇 す る.こ の 上 昇 は 先 に も述 べ た よ うに,心 拍 出 量 の 増加 に よ る とこ ろが 大 きい.し か し,運 動 中 の 血圧 を測 定 して み る と,収 縮 期 血 圧 の 上 昇 は大 きい が,拡 張 期 血 圧 の 上 昇 は 少 な い.   ふ つ う,運 動 を行 う と交 感 神 経 系 は 緊 張 し,血 中 カ テ コー ル ア ミン濃 度 も上 昇 す る.こ

れ ら の 変 化 は,心 機 能 を高 め 心 拍 出 量 を増 加 させ る.ま

た,血 管 の 収 縮 を引 き起 こ す.こ の 血 管 の収 縮 は,動 脈 の み な らず 静 脈 に も起 こ る.こ の静 脈 の 収 縮 が 心 臓 へ の 血 液 還 流 量 を増 加 させ,こ

れが心拍

出量 の 増 加 の 要 因 と もな る.し か し,動 脈 に お い て は,消 化 器 系 あ る い は 腎臓 に 血 液 を供 給 して い る血 管 と,骨 格 筋 へ 血 液 を供 給 して い る 血管 とは 交 感 神 経 の レセ プ ター が 異 な り,消 化 器 系 あ る い は 腎 臓 へ の 血 管 は 収 縮 し 血 圧 上 昇 の要 因 とな り,そ こへ の血 流 量 も減 少 す る.一 方,骨 格 筋 へ の血 管 は拡 張 し,血 管 抵 抗 を小 さ くす る要 因 とな り,さ ら に は,酸 素 の 供 給 を 必要 とす る骨 格 筋 へ の 血 流 が 運 動 を継 続 す る に 充分 な量 とな る よ うに調 節 さ れ る.

  3) 

動 的 運 動 お よ び 静 的 運 動 と血 圧

  今 ま で 血 圧 との 関 係 で述 べ て きた 運 動 は筋 の 収 縮 ・弛 緩 が 交 互 に繰 り返 され る ラ ン ニ ン グ な ど を 中心 と した 動 的 運 動 で あ る.   動 的 運 動 の場 合 に は,筋 の収 縮 ・弛 緩 が 交 互 に繰 り返 され る こ とか ら, 血 液 の逆 流 を 防 ぐ弁 を もつ 静 脈 に お い て は,筋 が 弛 緩 した と きに 末 梢 か ら の 血 液 が 貯 留 され,筋 が 収 縮 した と きに は 血 管 が 圧 迫 され,血

液は心臓方

向 へ 押 し 出 さ れ る.こ れ が心 拍 出 量 を確 保 で き る要 因 と もな っ て い る.一 方,動

脈 に お い て も,筋 収 縮 時 に は血 流 が 一 時 阻 害 され る もの の,筋

が弛

緩 して い る と き に血 流 が確 保 され る こ とか ら,血 管 抵 抗 は そ う大 き くは な ら な い.   しか し,運 動 強 度 が 同 じ動 的 運 動 で あ っ て も,そ の 運 動 が 脚 筋 の み に よ

り,し か も筋 の収 縮 頻 度 が 高 い 自転 車 運 動 で は,走 行 運 動 に 比 べ 血 圧 の 上 昇 は大 き くな る.   一 方,静

的 運 動 時 で は 筋 収 縮 が 持 続 す る こ とか ら,末 梢 血 管 が 圧 迫 さ

れ,筋 へ の血 流 は制 限 され る.ま た,血 管 の圧 迫 が 血 管 抵 抗 を高 い レベ ル に 維 持 す る た め,静 的 運 動 で は収 縮 期 血 圧 と拡 張期 血 圧 と もに上 昇 す る. また,そ

の と き の 血 圧 上 昇 は 大 き く,両 脚 レ ッ グ プ レ ス を95%強

復 し た と き に は,収 mmHgに

縮 期 血 圧 は300mmHgを

超 え,拡

度 で反

張 期 血 圧 も250

ま で な る との 報 告 もあ る.し た が っ て,血 圧 の 高 い ヒ トに は 静

的 運 動 は 危 険 を伴 う運 動 とい え る.   しか し,動 的 運 動 を規 則 的 に 継 続 す る と降 圧 作 用 が 認 め られ る と報 告 さ れ て い る.そ の 結 果 を 図15.2に Vo2maxの

示 し た.こ の と きの 運 動 負 荷 は,50%

自転 車 エ ル ゴ メー ター で,1回60分,週3回

図15.2  持 久 的 運 動 継 続 に よ る血 圧 の変 化 ●:運

動 群,○:非

運 動 群.

で あ っ た.な お,

同 時 に行 っ た75%Vo2max強

度 の運 動 よ り も効 果 が 大 きか っ た.

  4)  運 動 時 血 圧 と加 齢 お よ び 喫 煙 の 影 響   14章 で,運 動 強 度 を モ ニ ター す る場 合,中

高年 者 では心 拍数 だけ では

な く,血 圧 に も注 意 を は ら う必要 の あ る こ と を述 べ た.こ

の血圧上昇 がす

べ て の ヒ トに 起 こ るの か も問題 で あ るが,安 静 時 血 圧,特

に収 縮 期 血 圧 は

加 齢 と と もに 増 加 す る.こ の増 加 の 原 因 と して は,心 拍 出量 は 年 齢 が 上 が って もあ ま り変 わ らな い こ とか ら,加 齢 と と もに進 行 す る動 脈 硬 化 に よ る 血 管 抵 抗 の増 加 が 原 因 し て い る と考 え られ る.し か し,加 齢 に伴 う血 圧 上 昇 が す べ て の 人 種 で み られ る こ とで は な い こ とか ら,必 ず し も老 化 現 象 と は い え な い.   しか し,日 本 人 の 多 くが 加 齢 と と もに 血 圧 が 上 昇 す る こ とか ら,そ の 扱 い に つ い て は 充 分 に考 え て お くこ とは 必要 で あ る.特 に,運 動 中 に 先 に述 べ た傾 向 が 現 れ る こ とか ら,運 動 時 血圧 の 変 動 要 因 と して 考 え て お く必 要 が あ る.   中 高 年 者(こ

の 場 合 は45歳

以 上)の

血 圧 が 運 動 に よ り どの よ う に 変 化

す るか を調 べ て み る と,安 静 時 収 縮 期 血 圧 が130mmHg以 で上 昇 が 大 きい との 報 告 が あ る.そ

上 の グ ルー プ

して,こ の 傾 向 は 男女 とも に 認 め られ

る2).   さ らに,男 性 被 検 者 に つ い て,喫 煙 習慣 の有 無 に よ る血 圧 変 化 を調 べ た と こ ろ,喫 煙 習 慣 群 で は,45歳

未 満,45歳

以 上 群 と もに 運 動 時 で の 収 縮

期 血 圧 の上 昇 が 大 きか っ た と報 告 し て い る.ま た,そ の 上 昇 は45歳

以上

群 で 大 き くな り,加 齢 変 化 を喫 煙 習 慣 が促 進 す る と して い る.

文

献

1)  川崎 晃一:血 圧 は どの よ うに変 化 す るか.か らだ の 科 学,増 刊,10-15, 1993.

2)  小 林 康 孝 ・他:運

動 負 荷 試 験 に お け る 自転 車 エ ル ゴ メー タ と トレ ッ ド ミル

負 荷 に よ る 血 圧 ・酸 素 摂 取 量 応 答.聖 259,1994.

マ リ ア ン ナ 医 科 大 学 雑 誌,22,253-

16 運動 と血液有形成分

  1)  血 液 有 形 成 分 と運 動 ス ト レス   白血球,赤

血球 な ど を 血 液 有 形 成 分 と い う.白 血球,赤

血 球 お よび ヘ マ

トク リッ ト値 は,運 動 強 度 に依 存 して 上 昇 す る.ま た 短 時 間 の運 動 で は, ACTH,コ

ル チ ゾ ー ル,カ

テ コー ル ア ミン な ど の上 昇 と相 関 関 係 に あ る.

そ して 白血 球 は,高 温環 境 下 の 運 動 で は,著

し く上 昇 す る の が 特 徴 で あ

る.   白血 球 の 増 加 は,ス は,マ

トレ ス との か か わ りが 深 い と され て い る.そ の 理 由

ラ ソ ン な どの 長 時 間 運 動 時 に カ テ コー ル ア ミン が 上 昇 しな い場 合 で

も著 し く白血 球 が上 昇 す るか らで あ る.4か で 比 較 し た 中 高 年 者 に12分 率)は,図16.1に

月 間 の運 動 鍛 練 の 前,中,後

間 走 の 白血 球 の 増 加 率(12分

示 し た よ う に 減 少 傾 向 に あ っ た.つ

2443.6→2593.5→2610.5mと

間 前 後 の増 加 ま り走 距 離 は,

伸 び て い る の で,運 動 鍛 練 に よ っ て12分

間 走 に対 す る ス トレ ス が 減 少 した とみ るべ きで あ る.   白血 球 は,好

中球,リ

ンパ 球,単 球,好

酸 球,好 塩 球 の五 つ に分 画 され

る.こ の う ち リンパ 球 の 減 少 度 が著 し い ほ どス トレ ス が 強 い と され る.ま た,好 酸 球 も ス トレ ス の指 標 と して 用 い られ るが,そ

の 増減 だ け で な く,

他 の 指 標 も加 えて 考 え な け れ ば な ら な い.な ぜ な ら,運 動 に よ って 増 加 す る一 方 で過 労 に 陥 る と減 少 す る傾 向 が あ るか らで あ る.ま た,日 内 変 動 し

図16.1  中 高 年 者 の4か

月 運 動 鍛 練 が ユ2分

走 に よ る リンパ 球 数 減 少 率 に 与 え る 影響

た り,精 神 的 緊 張 に よ って きわ め て短 時 間 の 間 に 増 減 し た りす る.有 沢1) は,ラ

ッ トの 回 転 運 動 時 の 好 酸 球 数 の 増 減 は,副

腎 皮 質 由 来 のmineral

corticoidに よ る こ と を示 し,運 動 ス トレ スへ 順 応 した か 否 か に よ っ て 増 減 パ ター ンが 異 な る と し た.里 見2)は,青 年(男 者(50∼80歳

の健 康 な 男 子100名)の

子 大 学 生100名)と

高齢

好 酸 球 の 比 較 を行 い,安 静 時 に 高

齢 者 は青 年 よ り有 意 に少 な く,し か も 日内 変 動 も小 さい こ と を示 した.ま た,動

的 運 動 に お い て青 年 の 場 合,運 動 強 度 の 増 大 に 伴 っ て 漸 次 減 少 傾 向

に な る が,高 齢 者 で は,運 動 強 度 に依 存 しな い と し た.加 え て,高 齢 者 の 静 的 運 動 に 対 す る適 応 性 が青 年 と比 べ て劣 っ て い な い と述 べ て い る.好 酸 球 の 消 長 に は,副 腎 皮 質 を 中心 と し た 内分 泌 系 と 自律 神 経 系 の 関 与 が 大 き い.そ

の た め個 人 差 が 大 き く体 質 的 な もの を考 慮 しな け れ ば な らな い .

  運 動 と 白血球 の 関 係 を単 に血 球 数 の 変 化 の み で と らえ て は い け な い.な ぜ な ら,好 食 能,さ

中球 の ス ー パ ー オ キサ イ ド産 生 能 や 単 球/マ ク ロ フ ァー ジ の 貧

らに は リン パ 球 の 幼 若 化 反 応 や サ イ トカ イ ン産 生 能 お よ び 運 動 誘

発 ア ナ フ ィ ラキ シー の 課 題 につ い て,詳 細 に検 討 す る必 要 が あ る か らで あ る.

  2) 

赤 血 球 の 消 長 と運 動 鍛 練 性 貧 血

  赤 血 球 は,肺

に お け る ガ ス 交 換 に よ っ てO2を 取 り込 みCO2を

排 出す る

運 搬 機 能 を 司 っ て い る.赤 血 球 が低 下 し た り,ヘ モ グ ロ ビ ンが 不 足 す る と O2やCO2の

運 搬 機 能 が 低 下 す る.同 時 に 血 液 が もつ 緩 衝 能(対

立するも

の の 間 に あ って 不 和 ・衝 突 を和 らげ る能 力 でバ ッ フ ァ ー 作 用 と もい う)が 低 下 す る.逆 に 赤 血球 や ヘ モ グ ロ ビ ン,ヘ マ トク リ ッ ト値 が あ る数 値 以 上 に 上 昇 す る と血 液 の粘 度 が 高 ま り,運 動 に とっ て よ くな い 環 境 とな る.   特 に 運 動 と深 く結 び つ く変 化 は,運 動 鍛 練 性 貧 血 で あ る.運 動 鍛 練 性貧 血 は,赤

血球 浸 透 圧 が 減 少 し,赤 血球 直 径 が 漸 次 増 大 した ため に破 壊 され

る こ と に あ る.山

田3)は,運 動 を中 止 す れ ば 貧 血 が容 易 に 回復 す る こ と を

示 し た.ま た,被

熟 練 者 の激 しい 運 動 で は,1週

間 に して 著 明 な 貧 血 とな

る こ と も示 し た.そ の メ カ ニ ズ ム と して は,赤 血 球 の 肝 臓,膵

臓,骨 髄 に

お け る燐 の代 謝 が 亢 進 して破 壊 新 生 が 起 こ る た め だ と して い る.吉 村 ら4) は,鉄

を指 標 と して こ の見 解 を支 持 す る結 果 を得 て い る.現 在 で は,成 人

の 運 動 鍛練 性 貧 血 は,鉄 欠 乏 性 貧 血 と理 解 され て い る5).赤 血 球 と運 動 の か か わ りに つ い て は,1917年

のRobertsonの

1922年

論 文 は,運 動 に よ っ て 赤 血 球 が 破 壊 さ れ る

と1923年

のBrounの

研 究 以 来,長

い歴 史が あ る.

こ とが 赤 血 球 新 生 の条 件 で あ る と述 べ て い る.   思 春 期 前 の 女 子 に対 す る激 し い運 動 負荷 は,初 潮 の 遅 延 だ け で な く,こ う し た運 動 鍛 錬 性 貧 血 を誘 発 しや す い の で,血 球 を含 め た結 合 組 織 を充 分 維 持 す るた め に も,体 脂 肪 を あ る程 度 確 保 す べ きで あ る.

  3)  持 久 性 運 動 時 の 変 化   鈴 木6)は,フ

ル マ ラ ソ ン,5000m走

お よ び トレ ッ ド ミル 走 に よ るall

out走 前 後 の 赤 血 球 と白 血球 の 変 化 の頻 度(図16.2)を

示 し,赤 血 球 は,

all out走 後 の 上 昇 が 著 し く,白 血 球 は,フ ル マ ラ ソ ン後 の 上 昇 が 著 し い と した.フ

ル マ ラ ソ ンで は,前 値 と比較 し,3万

個 以 上 も上 昇 した例 も あ

図16.2  運 動 に よ る赤 血 球 と 白血 球 の 変 動

る と し,こ

の 変 化 は 血 液 濃 縮 に 起 因 し た も の で は な く,生

体 負担度増大 の

反 映 で あ る と解 釈 し て い る.

文

献

1)  有 沢 昭 二:回

転 運 動 の生 体 に 及 ぼ す 影 響 第4報,回

及 ぼ す 副 腎皮 質 ホ ル モ ン の 影 響.体

転 刺 激時 の 生体 反 応 に

力 科 学,8,220-225,1956.

2)  里 見 靖 次:循 環 好 酸 球 数 の 変 動 か ら 見 た 生 体 負 担 度 に 関 す る 研 究,そ の 一 ,安 静 時 に お け る 循 環 好 酸 球 数 の 変 動 特 に そ の 青 年 と老 人 の 差 異 に つ い て.体

力 科 学,8,244-247,1959.

3)  山 田敏 男:運

動 鍛 練 時 の 赤 血 球 の 性 状 に 関 す る 研 究.第1報,赤

血 球新 生

破 壊 に 及 ぼ す 運 動 鍛 練.体 4) 

吉 村 寿 人 ・他:運

力 科 学,7,231-241,1958.

動 鍛 練 時 の 赤 血 球 の 性 状 に 関 す る 研 究 .第4報,運

練 時 の 赤 血 球 鉄 分 の 代 謝 に 就 い て.体 5) 

Ohira,Y.:Induction

muscle 6) 

of iron-deficient

鈴 木 政 登:ス

of an

increase

rats.Am

in mitochondrial

matrix

enzymes

in

.J.Physiol.,253:c639-644,1987.

ポ ー ツ 医 学 検 査 測 定 マ ニ ュ ア ル,血

医 学,7,186-248,1990.

動鍛

力 科 学,8,92-98,1958.

液 の 検 査 .臨

床 ス ポー ツ

17 血液 中の逸脱酵素 と運 動

  1) 

血 中 逸 脱酵 素

  血 中 逸 脱 酵 素 とは,本 来 臓 器 細 胞 内 に 存 在 す る酵 素 が 血 中 に 微 量 に 逸脱 し て き て い る 酵 素 の 総 称 で あ る.た tate:2-oxoglutarate

と え ば,肝

細 胞 で のGOT(aspar

aminotransferase,AST)活

に対 して,血 中 に 逸 脱 した 血 清GOT活

性 は20IU/L程

性 が142000IU/gな

の

度 で あ る.こ の こ

とか ら も微 量 で あ るこ とが理 解 で き る.   血中 逸脱 酵素 は,骨 格 筋,心 臓,肝

臓 を は じめ とす る諸 臓 器 細 胞 の病 的

異常 の 判 定 に 用 い られ て きて い る.し か しな が ら,運 動 負 荷 時 に お い て も 血 中 に 逸 脱 して く る こ とが知 られ て い る.そ の う ち に は,臨 床 医 学 的 に 異 常 と考 え られ て も,運 動 生 理 学 的 に は 正 常 範 囲 と考 え な け れ ば な らな い も の もあ る.臨 床 検 査 の 場 合 に基 準 と して用 い ら れ て い る数 値 は,検 査 方 法 な ど の違 い に よ って 施 設 や 検 査 機 関 で若 干 異 な る場 合 が あ る.表17.1は, 東 京 慈 恵会 医 科 大 学 の 中央 検 査 室 で 用 い て い る判 定 基 準 値 で あ る.本 章 で は,運 動 に よ っ て著 明 に 変 化 す る血 中 逸脱 酵 素 に つ い て 記 述 す る こ とに す る.

  2) 

GOT,GPT,LDHの

  GOTは,肝

臓,心

変化 臓,骨 格 筋 の ミ トコ ン ド リア に 多 く存 在 し,GPT

表17.1  血 液 生化 学 正 常 値(成 査 室,1997年

(alanine:2-oxoglutarate る.他

2日

京 慈 恵 会 医科 大 学 中 央検

aminotransferase,ALT)は

の 臓 器 で は 少 な い.短

の 上 昇 は,運

人,安 静 空 腹 時)(東

現 在)

時 間 運 動 直 後 の 血 清GOTお

動 強 度 に 依 存 す る.活

目 以 降 に 著 明 で あ る.フ

肝 臓 に 多 く存 在 す

性 値 の 上 昇 は,運

よ びGPT活

性

動 直 後 よ り も 翌 日や

ル マ ラ ソ ン 後 に お け るGOTは,翌

日に ピー

ク が あ り3日

目 ま で 高 値 と な る.血

清GOTの

上 昇 は,そ

の ほ とん ど が 骨

格 筋 由 来 と考 え ら れ て い る.   LDH(lactic

dehydrogenase,乳

に 区 分 さ れ,LDH-1は

心 筋 由 来 と さ れ,心

す る 指 標 と 考 え ら れ て い る.血 GOT,GPTと る.血

酸 脱 水 素 酵 素)は

清LDHお

ら1)ほ か,多

活 性 は,鍛

よ びLDHア

イ ソ ザ イ ム は,

す る.井

後 に は ほ ぼ 前 値 に 回 復 し,1週

方 非 鍛 練 者 は,1∼2日

川 ら2)は,LDHア

後,そ

が,LDH-1∼2は,相

kinase)は,1934年

筋 に,CK-BBは

  長 尾 ら3)は,20km走

回 復 期1週

て 報 告 し,CK,CK-MBと

上昇

著 明 に上 昇 す る

にLohmanに

動 後 の血 清

よ って筋 肉 中で 発 見 お よ び ミ トコ ン ド リ ア 由 格 筋 に,

脳 に だ け 存 在 す る と さ れ る. 間 にわ たる血 中逸脱酵素 の変 動 につ い

もに運 動 直 後 よ り も翌 日に 著 明 な増 加 を認 め 性 の 消 長 は,未

鍛 練 者 で は 翌 日 の 上 昇 と,4∼6

日 以 降 に 再 び 上 昇 す る 二 峰 性 変 化 を 示 す と さ れ る.鍛

血 清CK活

後 の2回

類 の ア イ ソ ザ イ ム が あ る.CK-MMは85∼100%骨

動 後 の 血 清CK活

日

と し て 骨 格 筋 由 来 と考 え ら れ る.

CK-MBは40∼50%心

5000m走

練 者 は,翌

走,5000m走,フ

ラ ソ ン 後LDH-5が

さ れ た 酵 素 で あ る.CKは,MM,MB,BB型 来 型 の4種

し て4∼7日

対 的 に 低 下 す る こ と を 示 し た.運

性 の 上 昇 は,主

体 が 減少

間 後 に は ほ と ん ど前

イ ソ ザ イ ム の 変 化 を12分

ル マ ラ ソ ン で 比 較(図17.1)し,マ

  CK(creatine

レ ー ニ ン グ に よ っ てLDH全

鍛 錬 者 で は 増 加 し な い と さ れ て い る.鍛

の 上 昇 だ け で3∼4日 値 に も ど る.一

日以降 に現 れ

練 に よ っ て そ の 変 化 の 度 合 が 異 な る.Rose

く の 研 究 報 告 で は,ト

す る が,LDH-1は

た.運

臓 に 対 す る負 担 の 状 態 を判 定

同 様 に 運 動 に よ る と考 え ら れ る 影 響 が,翌

清LDHの

LDH活

ア イ ソ ザ イ ム1∼5

練 度 が低 い ほ ど

や フ ル マ ラ ソ ン で 著 明 に 二 峰 性 変 化 が 観 察 さ れ る.運 性 に つ い て は,GOT,LDH,血

わ せ て 検 討 す る こ と で,よ

動 に よる

中 ミオ グ ロ ビ ン濃 度 と組 み 合

り由 来 を 鮮 明 化 で き る.

図17.1  運 動 に よ るLDHア

イ ソザ イ ム の変 化

  3)  血 中 逸 脱 酵 素 と運 動 処 方   元 来,細

胞 内 に お け る物 質 代 謝 の た め に 必 要 と され る諸 酵 素 の 血 中へ の

逸 脱 で あ る以 上,細 な い が,決

胞 膜 の 透 過 性 が 変 化 し た と考 え る こ とは 想像 に か た く

して 単 純 な 現 象 で な い.こ の こ と は,そ れ ぞ れ の 酵 素 の 消 長 と

運 動 の 質 お よび 量 に よ って,特 異 的 で あ る事 実 に よ って も知 られ る.   血 中 逸 脱 酵 素 の 変 動 パ タ ー ン に位 相 の ず れ が 生 じる 原 因 と して,① 子 量 の 違 い,② き いLDHが

局 在 の 違 い な どが 考 え ら れ る が,CKよ

分

り も分 子 量 の 大

必 ず し も上 昇 率 お よ び ピー クに 到 達 す る 時 間 が 遅 い わ け で は

な い.逸 脱 機 序 に 関 して は,筋 細 胞 膜 の透 過 性 亢進 とい う よ り,筋 線 維 の 壊 死 に よ る上 昇 とす る考 え方 が あ る.エ キ セ ン ト リッ クな 筋 収 縮 時 に は,

筋 損 傷 が み ら れ,逸

脱 機 序 の 説 明 と し て は,組

織 化 学 的 に も確 認 され や す

い.Nosakaら4)は,MRIを

用 い た 観 察 で,上

腕 エ キ セ ン トリ ッ ク運 動 に

よ る 筋 損 傷 と 血 漿CK活

性 と の 結 び つ き を 認 め て い る.徳

イ ト ト レ ー ニ ン グ 時 のCKを

田 ら5)は,ウ

観 察 し 損 傷 し た 細 胞 の 修 復 過 程 で,膜

性 が 増 大 し た た め と指 摘 し て い るが,こ

エ

の透過

の 細 胞 膜 透 過 性の 変 化 の メ カ ニ ズ

ム に つ い て は 定 説 が み あ た ら な い.   井 川 ら2)は,GPTは

短 時 間 激 運 動 の 影 響 が 大 き く,CKは

影 響 が 大 き い と し た.短

時 間 激 運 動 に お け るGPTの

長 時間運動 の

増 加 の 原 因 と し て,

高 強 度 運 動 時 の 肝 血 流 量 の 低 下 に よ る6)一 時 的 な 肝anoxiaが す な わ ち,影

考 え ら れ る.

響 を 受 け る 臓 器 組 織 の 差 異 に そ の 原 因 を求 め る と い う考 え 方

で あ る.   健 康 成 年 男 子 で あ っ て も,総 くす る ほ どCK-MBの

摂 取 エ ネ ル ギ ー に 占め る糖 質 の 割 合 を少 な

逸 脱 度 とCK-MB/CK比

心 筋 由 来 の 逸 脱 酵 素 で あ る α-HBDHも   20km走

後 のCK-MBの

り も そ の 翌 日,そ も5日

が 上 昇 す る.ま

た,同

上 昇 す る.

活 性 値 お よ びCK-MB/CK比

は,終

了 直後 よ

し て さ ら に そ の 次 の 日 の ほ う が と い う よ う に,少

な くと

目 ま で 漸 増 の 一 途 を た ど っ て い た(図17.2).

  そ も そ も こ の 血 中 の 諸 酵 素 活 性 値 の 測 定 は,臨 る と こ ろ か ら盛 ん に 行 わ れ て く る よ う に な っ た.こ 胞 破 壊 に よ る も の と,運

床 医 学 的 診 断上 意 義 が あ の よ うな疾 病 に よ る細

動 ス ト レ ス に よ る血 中 へ の 逸 脱 とが,同

ズ ム に よ る も の か の 判 断 は む ず か し い.た 酵 素 の 運 動 に よ る 消 長 は,か

だ し少 な く と も,こ

一 メカニ れ らの 逸 脱

な り明 ら か に な っ た と考 え ら れ る.そ

ど の よ う な 場 合 に 運 動 処 方 に 活 用 で き る の か と い う 課 題 は,今

し て,

後 の研究 を

待 た な け れ ば な ら な い.

文

じ

献

1)  Rose,L.I.,et

at.:Serum

enzymes

after marathon

running.J.Appl.

図17.2  20km走

を 行 っ た 翌 日か ら5日

ま で のCK-MB/CK比 康 な青 年 男 子5名

後

の 推 移(健 の 平 均 値)

Physiol.,29(3),355-357,1970. 2) 

井 川幸雄

・他:運

3) 

長 尾憲樹

・他:20km走

動 と 血 清 酵 素.日 回 復 期1週

本 医 師 会 雑 誌,71,695-705,1974. 間 に わ た る 血 中 逸 脱 酵 素 の 変 動.第34

回 日 本 体 力 医 学 会 大 会 予 稿 集,117,1979. 4) 

Nosaka,K.and

plasma Sports 5) 

CK

Clarkson,P.M.:Relationship elevation

and

muscle

Yano,L.,et

rats

between involved

in

the

post-exercise exercise.Int.J.

Med.,13,471-475,1992.

徳 田 修 司 ・他:一

過 性 のWeight

活 性 の 二 相 性 変 動 と そ の 特 性.体 6) 

mass

during

al.:Electromagnetic

Trainingに

よ る 血 清Creatine

Kinase

力 科 学,4,218-224,1985. determination

exercise.Int.Hepatol.Com.,5,184-190,1996.

of portal

venous

flow

in

18 疲 労 と休 養

  1)  疲 労 と は   疲 労 は,休 養 と対 比 させ て 説 明 さ れ る こ とが 多 い が,必

ず し も対 極 の概

念 で は な さそ う で あ る.休 養 す る こ とに よ っ て 可 逆 的 に も との 機 能 を 回復 す る こ とが で き る.も

と も と"疲 れ る"と は,国 語 学 的 に は,"尽

を語 源 とす る.つ ま り,古 くか ら 日本 で は,あ

る程 度 限定 され た量 を想 定

した概 念 と して と らえ られ て い た.し か し,そ の"疲 労"な で 表 現 す る こ とは た い へ ん む ず か し い.あ

き る"

る も の を一 口

え て い くつ か の例 を あ げ て み

る.   「疲 労 は 過 度 の 機 能 行 使 に よ っ て 惹 起 され た 生 体 の 生 理 学 的 な一 過 性 の 機 能 減 退 で あ る1).」   「疲 労 は,あ

る行 動 を そ の ま ま 続 け れ ば や が てへ ば り,休 め ば 回 復 す る

と予 測 で き る形 で起 こ る体 内 変 化 で あ って,そ

れ に よっ て 活 動 自 身 に もそ

れ とわ か る変 化 を伴 っ て休 息 を求 め て い る状 況 で あ る2).」   「生 体 は,摩 耗 と修 復 の 動 的 平 衡 に お い て 生 を 営 む もの で あ り,摩 耗 速 度 に 対 す る修 復 速 度 の 遅 延 が 疲 労 を き た し,加

えて適 応能 の低 下 とな

る3).」   こ れ ら の表 現 か ら,疲 労 に よ る機 能 の低 下 は,可 逆 的 で しか も一 過 性 の 適 応 能 低 下 と と ら え られ て い る よ うで あ る.し か しなが ら,行 きす ぎの機

表18.1  原 因,表

現,発

現 部 位 に よ る疲 労 の分 類

能 低 下 は,生 理 学 的 な 限 界 を越 え て"疲 労"と

い う概 念 か ら 逸脱 し,病 的

な状 態 とな る.   疲 労 は,大 別 す る と肉体 疲 労 と精 神 疲 労 に分 け られ る.こ れ は 原 因 に よ る分 類 で あ るが,そ

の ほ か に 表 現 に よ る分 類,発

さ れ て い るの で 表18.1に

現 の 部 位 に よ る分 類 が 示

ま とめ た.

  疲 労 の 程 度 を把 握 す る こ とは む ず か し いが,い

くつ か の判 定 法 と して 用

い られ る指 標 と 自覚 症 状 調査 を あ げ る.   ① 膝 蓋 腱 反 射:浦

本 式 膝 蓋顕 反 射 測 定 装 置 を用 い る.

  ② 二 点 弁 別 法:皮

膚 の2点

を 同 時 に刺 激 した と き2点

と して 感 じ うる

最 短 距 離 を指 標 とす る.   ③ フ リッ カー テ ス ト:"ち らつ き値"を   ④ 自覚 症 状 調 査:日

指 標 とす る.

本 産 業 衛 生 協 会 疲 労 委 貝 会 に よ る 自覚 症 状 調 査 表

を用 い た判 定 法.   ⑤POMS(profile

of mood

states)テ

ス ト:McNairら

に よ り開 発 さ

れ た,感 情 ・気 分 を評 価 す る 自覚 症 状 判 定 法4).

  2)  筋 疲 労   運 動 や トレー ニ ン グ との か か わ りが 深 い疲 労 の 分 け方 と して 陽 性 疲 労 と 陰 性 疲 労 とが あ げ られ る.ト レー ニ ン グ休 止 に よ っ て 筋 の 著 しい 増 強 効 果

を期 待 で き る ス ー パ ー コ ン ペ ン セ ー シ ョ ン(super

compensation)前

の

筋 疲 労 は 陽 性 疲 労 で あ り,そ れ が み られ な い ほ ど に追 い込 まれ た状 態 は 陰 性 疲 労 とさ れ る.筋 線 維 に お け る疲 労 は,末 梢 性 疲 労 に分 類 さ れ る.心 筋 線 維 は 特 別 で あ り,異 化 作 用 と同化 作 用 が 均 衡 して い るの で 疲 労 現 象 は 現 れ な い の が 特 徴 で あ る(た だ し,不 整 脈 は心 筋線 維 の 疲 労 現 象 とは別 に 論 ず る必 要 が あ る).   取 り出 し た 骨 格 筋 を電 気 刺 激 し続 け る と張 力 が 低 下 し て し ま う.し か し,刺 激 の 極 性 を変 え る と ま た 回復 す る.こ の こ とは 筋 線 維 に 起 こ る疲 労 (張 力 低 下)は,細

胞 膜 で起 こ る こ と を示 す も の で あ る.ま た,筋 収 縮 の

疲 労 は 乳 酸 発 生 に よ る とさ れ るが,モ も,筋 の疲 労(張 pHが せ,張

力 低 下)現

ノ ヨー ド酢 酸 で 乳 酸 発 生 を抑 え て

象 が み られ る.筋 が 収 縮 し続 け る と筋 線 維 の

低 下 す る こ と が わ か っ て い る.pHの

低 下 は 筋 線 維 の 弾 性 を低 下 さ

力低 下 の 原 因 とな る.

  ま た,筋

と神 経 が 生 き た ま まで 結 び つ い て い る標 本 をつ く り,神 経 を電

気 刺 激 し続 け る と張 力 は 減 少 す る.こ の 状 態 に な っ て か ら直 接 筋 を刺 激 す る と大 き な 張 力 を出 す こ とが わ か って い る.こ の こ とは,神 経 刺 激 で神 経 終 板 が 疲 労 し た こ と を示 す もの で あ る.神 経 終 板 で の 疲 労 は,ア

セチル コ

リ ンの 遊 離 が 少 な くな っ た た め と説 明 され る.

  3) 

疲 労 回 復 と休養

  休 養 は,積 極 的 休 養 と消 極 的 休 養 とに 分 け るこ とが で き る.積 極 的休 養 とは,軽

い 運 動 な ど をす る こ とに よ っ て 疲 労 を 回復 させ る こ と を 意 味 す

る.特

に精 神 的 疲 労 や 静 的 労 作 疲 労(同 一 姿 勢 を続 け た と き に 起 こ る疲

労)に

は 有 効 と され る.た

と え ば,マ

ラ ソ ンの ゴー ル 後 に は,ゆ

っ く り走

り続 け た りす る こ と も積 極 的 な休 養 とい え る.運 動 後 の 軽 い運 動 は,筋

ポ

ンプ 作 用 と して の 静 脈 灌 流 量 の 増 加,過 剰 換 気 抑 制 に働 くた め で あ る.一 方,消 極 的 休 養 は,臥 位 姿 勢 を とる な どの い わ ゆ る休 息,休

憩 を含 む 休 養

の 取 り方 で あ る.   入 浴 や マ ッサ ー ジは 疲 労 回復 の補 助 的 手 段 で あ る.皮 膚 に 熱 刺 激 と圧 刺 激 が 加 わ る こ とで,皮 膚 血 管 か らの 静 脈 灌 流 が増 大 す る.こ の こ とが疲 労 回復 に 効 果 的 に 働 くと考 え られ る.   グ リ コー ゲ ン な どの 枯 渇 に伴 う疲 労 は,適 切 な タ イ ミン グの 栄 養 補 給 に よ っ て 回 復 をす る.BergstromとHultman5)に

よ っ て 示 され た グ リ コ ー

ゲ ン ロー デ ィ ン グ は,こ の 仕 組 み を利 用 した ス ー パ ー コン ペ ンセ ー シ ョ ン 効 果 で あ る(図18.1).通 ゲ ンは12∼24時   80kmマ

常,脂 質 の枯 渇 は考 え られ な い が,肝

グ リ コー

間 で枯 渇 して しま う.

ラ ソ ン の よ うな 激 し い 運 動 の 場 合 は,体 調 が 元 に も ど る ま で

2週 間 か か る とさ れ る.高 強 度 の 運 動 時 に は,肝 血 流 量 な どの 内臓 血 流 は 著 し く低 下 す る と さ れ,そ の 回復 は 決 して 迅 速 な もの で は な い.100km

図18.1  運 動 後 高 糖 食 摂 取 に よ る 活 動 筋 グ リ コー ゲ ン量 の 増 加(―)活 動 脚,(…)非 活 動 脚.

図18.2  100kmマ

ラ ソ ン後 の疲 労 回 復 お よび 筋 肉痛 回 復 の 日数

マ ラ ソ ン後 の 疲 労 回復 日数 お よ び 筋 肉 痛 回 復 日数 を 図18 .2に 示 した6). 回復 の 分 布 は,明

らか に個 人差 と考 え られ る.

  中 高 年 者 の場 合,加

齢 に従 って 疲 労 回復 力 が 低 下 して い くの で,そ れ だ

け消 極 的 休 養 の 必要 性 が 増 大 して い く.し か し,高 齢 者 だ か ら安 楽 な生 活 を与 え,肉 体 的 に無 理 の いか な い よ うに させ る と い う考 え方 だ け で は,か え っ て安 静 の 害 だけ が 出 て くる.高 齢 に な れ ば な るほ ど運 動 処 方 の 科 学 性 が 要 求 され る も う一 つ の理 由 と して,疲 労 発 現 の 自他 覚 的 所 見 の遅 延 とい う問 題 が あ げ られ る.本 人 は,疲 労 を 自覚 しな い場 合 が 多 い.つ て い る こ と を忘 れ て い る と表 現 で き る.し

ま り疲 れ

たが っ て,そ の 発 現 を待 っ て 処

置 した の で は過 労 に な っ て し ま う.一 般 に 高 齢 者 に お い て も運 動 鍛 錬 は, 呼 吸循 環 機 能 の 予 備 力 を増 大 させ る.血 管 の 老 化 現 象 を予 防 す る もの で あ るが,心

臓,血 管 の運 動 ス トレ ス に 対 す る急 性 お よ び慢 性 の適 応 力 に は,

個 人 差 が 認 め られ る.疲 労 に対 す る休 養 の仕 方 は,急 性 お よ び慢 性 の 適 応 力 に焦 点 を当 て て 設 定 した い.

文

献

1)  間 田直幹 ・内 薗耕 二(編):新 生理 学,p.1177,医 学書 院,1965 . 2)  三 浦豊 彦 ・他(編):現 代 労働衛 生 ハ ン ドブ ック,pp.1109-1189,(財)労 働科 学研 究所 出版部,1988.

3) 

西 風

脩:適

応 の 歪 み― 磨 耗 と 修 復 ―17,KS硫

酸 の 意 味 す る も の.産

業

医 科 大 学 雑 誌,15,183-208,1993. 4) 

横 山和仁

査)日

・荒 記 俊 一

・川 上 憲 人 ・竹 下 達 也:POMS(感

本 語 版 の 作 成 と 信 頼 性 お よ び 妥 当 性 の 検 討.日

情 プ ロ フ ィー ル検 本 公 衛 誌,37,913-

917,1990. 5) 

Bergstrom

enhancing

and factor

Hultman:Muscle localized

glycogen

to the muscle

synthesis

after

exercise:an

calls in man.Nature,210,309-310,

1966. 6) 

有吉 正博

マ 湖100kmマ

・渡 辺 雅 之:急 ラ ソ ン ―.日

性 過 負 荷 に 対 す る 反 応 と 回 復 に 関 す る 研 究― サ ロ 本 体 育 協 会 ス ポ ー ツ 科 学 研 究 報 告 集2(オ

ー ト レ ー ニ ン グ に 関 す る 研 究 第2報)

,22-38,1990.

ー バ

19 骨 代 謝 と運 動

  1) 

骨 の 構 造 と役 割

  骨 は,骨 基 質 と骨 塩 か らな る高 度 に 特 殊 化 し た結 合 組 織 の 一 形 態 だ とい わ れ る.約3か

月 の 周 期 で骨 吸収 と骨 形 成 が 繰 り返 され る.骨 吸 収 とは,

破 骨 細 胞 に よ り骨 が 削 ら れ カ ル シ ウ ム(Ca)が

溶 出 す る こ とで あ り,骨

形 成 とは,骨 芽 細 胞 に よ り新 しい 骨 が 構 築 され る こ と で あ る.骨 量 は,常 に 再 構 築(カ

ッ プ リン グ 現 象)に

な骨 の再 構 築 に は,副 タ ミンDな

よ り一 定 に 維 持 さ れ て い る1).こ の よ う

甲状 腺 ホ ル モ ン,カ ル シ トニ ン,エ ス トロゲ ン,ビ

どの 因子 が相 互 に関 係 して い る.骨 代 謝 に お け るCaの

ら そ の メ カ ニ ズム を 図19.1に

動 きか

示 した.

  食物 中 の カ ル シ ウ ム は,腸 管 か ら吸 収 さ れ る.腸 管 か ら の 吸収 は,活 性 型 ビ タ ミンDの

存 在 に よ り促 進 さ れ る.ビ

タ ミ ンDは,日

光 に当 た るこ

とに よ っ て 活 性 型 と な る.血 液 に 取 り込 ま れ たCaは,骨

に 入 り,骨 塩

(燐 酸 カ ル シ ウ ム)と

な る.骨 形 成 を よ り促 進 す る要 因 は,運 動 で あ る.

特 に抗 重 力 筋 を用 い た運 動 が 著 しい 効 果 を もた らす.そ 血 液 中 に も どす の を調 整(抑

制)し

して,骨 のCaを

て い るの が カ ル シ トニ ンや エ ス トロ ゲ

ン な どの 女 性 ホル モ ン で あ る.更 年 期 以 降 に 骨 粗 鬆 症 に な りや す い の は, Caの 骨 吸 収 が促 進 す る た め で あ り,女 性 ホ ル モ ン の 減 少 に よ る と こ ろが 大 きい.

図19.1  骨 代 謝 に お け るCaの

図19.2 

い ろ い ろ な年 齢 に お け る正 常 ヒ ト大 腿 骨 中 央 部 の 横 断面(Jowsey,1965)2)

マ イ ク ロ ラ ジ オ グ ラ フ.左 き さ,ミ

動き

か ら15歳,20歳

ネ ラ ル の 濃 度 が さ ま ざ まで,か

お よ び65歳

の 男 性.多

数 のHavers系

は管 の大

つ 年 齢 に よっ て も変 わ る こ とを示 し て い る.

  骨 の 力 学 的 な 役 割 と して,支 持 作 用,保

護 作 用 そ し て積 杵 作 用 が あ げ ら

れ る.身 体 を支 持 し,脳 や 内臓 な どの保 護 を し,関 節 を可 動 させ る こ とが こ れ に あ た る.同 時 に全 身 のmineral

homeostasisと

謝 の あ る一 面 に お い て 主役 を担 っ て い る.

して の全 身 の 物 質 代

  骨 は 血 管 が 豊 富 な 組 織 で あ る.長 管 状 骨 髄 は 造 血 臓 器 と し て の役 割 を果 た して い る.長 管 状 骨 髄 と皮 質 は加 齢 に よ っ て 変 化 す る.図19.2に の よ うす を示 した.血 流 に は,神 経 性,内 分 泌性,代

変化

謝性 の調節 が及んで

い る.そ の なか で も代 謝 性 の調 節 が 最 も大 きな役 割 を もっ て い る と考 え ら れ る3).

  2) 

骨代 謝

  運 動 と血 流 の 関 係 に つ い て は 明 らか な事 実 を確 認 し え な い が,激

しい運

動 の 場 合 に は 二 次 的 に 増 加 す る と考 え られ る.ま た,運 動 は骨 格 に物 理 的 な 力 をか け て い る と理 解 で きる.生 理 的状 態 を保 つ こ と,言 い換 えれ ば代 謝 が 円 滑 に 回 る状 態 を保 つ ため に は,重 力 に 抗 す る運 動 は 欠 くこ とが で き な い4).抗 重 力 筋 の 作 用 す る運 動 形 態 が,骨 構 造 を維 持 し て い る と考 え ら れ る.な ぜ な ら,骨 は物 理 的 な力 が骨 に か か り曲 げ られ た と きに圧 電 流 が 生 じ る こ とが 明 らか に な って い る5).こ の よ う な機 械 的 エ ネ ル ギー か ら生 体 エ ネ ル ギー へ の 転 換 は,骨 の 構 造 を維 持 して い く と きに 不 可 欠 な もの と な っ て い る.骨 密 度 に対 して は,運 動 が よい効 果 を及 ぼ す が,長 育 に 対 し て は,マ

イナ ス に 作 用 す る可 能 性 も否 定 で き な い6).学 童 に お い て 通 学 距

離 が 長 い ほ ど,そ

して そ の 経 路 が 傾 斜 地 で あ るほ ど下 肢 長 の 発 達 が よ くな

い とい う報 告 もあ る.   最 大 骨 量 は 若 年 成 人 期 で獲 得 され る.し か し なが らエ ス トロ ゲ ン の 欠 乏 やCa摂

取 不 足,長 期 間 の 不 動 な ど は,最 大 骨 量 の 低 下 を招 く.一 方,最

大 骨 量 は,遺 伝 的 因 子 に 影 響 を受 け る 可 能 性 が あ る.特 に ビ タ ミンD受 容 体 遺 伝 子 は 骨 代 謝 の 回転 を調 整 し,そ の 結 果 と して 骨 量 を規 定 して い る こ とが 最 近 明 らか に な っ て きた.

  3)  運 動 と骨 密 度   副 腎 皮 質 ホ ル モ ン に お い て も,骨 の 発 育 を促 進 す る よ うに働 く場 合 と逆

表19.1  骨 量 関 係 指 標(中

手 骨)と

体 力 測定 値 との相 関 係 数(岡

田,

1994)8)

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