運動と栄養と食品

運 動 と栄養と食品 伏 木  亨[編 集]  下 村 吉 治  林   達 也  豊 田 太 郎  井 上 和 生  松 村 成 暢  石 原 健 吾  吉 田 宗 弘  水野谷 航  柴 草 哲 朗  森 谷 敏 夫  永 井 成 美[著]

朝倉書店

執

下

村

林

筆

者(執 筆順)

吉

治  名古屋工業大学大学院工学研究科 物質工学専攻

達

也  京都大学大学院人間 ・環境学研究科 共生人間学専攻

豊

田

太

郎  京都大学大学院農学研究科 食品生物科学専攻

井

上

和

生  京都大学大学院農学研究科 食品生物科学専攻

松

村

成

暢  京都大学大学院農学研究科 食品生物科学専攻

石

原

健

吾  椙山女学園大学生活科学部 食品栄養学科

吉

田

宗

弘  関西大学工学部生物工学科

水 野 谷

航  九州大学大学院農学研究院 生物機能科学部門

柴

草

哲

朗  京都大学大学院農学研究科 食品生物科学専攻

森

谷

敏

夫  京都大学大学院人間 ・環境学研究科 共生人間学専攻

永

井

成

美  岡山県立大学保健福祉学部栄養学科

は じめ に

  朝 倉 書 店 『ス ポ ー ツ と栄 養 と食 品 』 が 出 版 さ れ て10年

に な る.本 書 は そ の い

わ ば 姉 妹 編 で あ る.こ の 間,栄 養 学 や 食 品科 学 分 野 に お い て 運 動 ・ス ポ ー ツ に対 す る理 解 は 飛 躍 的 に 進 んだ.運 動 能 力 に影 響 を 与 え る 食 品 成 分 の 開 発 も しば し ば 関 連 学 会 の 話 題 に な っ て い る.ま た,運 動 ・食 品 と 自律 神 経,運 な どの 研 究 分 野 も登 場 した.食

動 ・食 品 と疲労

品 分 野 の 関係 者 の み な らず 一 般 人 まで が 食 品 と運

動 や ス ポ ー ツ の 科 学 の 関 わ り合 い に興 味 をい だ く よ う に な っ た の で あ る.   食 品 や 栄 養 の 分 野 にお い て 運 動 の科 学 に興 味 を もつ 研 究者 が ご く少 数 で あ った 時 代,栄

養 学 が 注 目 した の は運 動 に よ るエ ネ ル ギ ー 代 謝 の ダ イ ナ ミ ック な動 きで

あ っ た.食

品 成 分 を摂 取 して も,生 体 の 恒 常 性 維 持 の 厚 い壁 に は ば まれ,代

謝状

態 が 顕 著 に動 くこ とは ほ と ん ど な か っ た.栄 養 学 の 研 究 者 に とっ て,運 動 が い と も容 易 に生 態 の 恒 常 性 維 持 を突 き破 る こ と は驚 きで あ っ た.そ れ ほ ど,運 動 とい う の は 人 間 や 動 物 に とっ て切 迫 した 緊急 事 態 で あ る こ と を,栄 養 学 の 研 究 者 は は じめ て 知 っ た の で あ る.   運 動 の 本 質 が 敵 と戦 い 生 命 を維 持 す る 機 能 で あ る こ と を考 え る と,顕 著 な代 謝 変 化 を伴 う こ とは 至 極 当 然 で あ っ た.運 動 や ス ポ ー ツ は現 代 人 の 生 活 の 中 で,異 常 事 態 で は な く,当 た り前 の 行 動 と して 定 着 して い る.代 謝 の研 究 者 に と っ て非 常 に魅 力 的 な生 理 的 条 件 な の で あ る.   しか も,運 動 に よ っ て エ ネ ル ギ ーが 消 費 され る こ と は,現 代 人 に とっ て 福 音 と も い うべ き こ とで あ る.生 活 習 慣 病 の増 加 が 懸 念 され る今 日,期 待 され る健 康 科 学 の 中 心 は食 と運 動 で あ る.食 事 はエ ネ ル ギ ー の 摂 取,運 動 や ス ポ ー ツ はエ ネ ル ギ ー の 消 費 の そ れ ぞ れ 代 表 的 な行 動 で あ る.生 活 習 慣 病 の リス ク を 高 め る肥 満 や 脂 肪 代 謝 の 齪 齬 は,エ

ネ ル ギ ー の 摂 取 と消 費 の 両 方 を捉 え る こ とに よっ て 正 しい

理 解 と対 策 が 可 能 に な る.新

しい 栄 養 科 学 や 健 康 科 学 は,食 事 と運 動 の 有 機 的 な

関 係 を包 含 す る もの で な くて は な ら ない.   現 代 栄 養 学 や食 品 科 学 と運 動 ・ス ポ ー ツ の 科 学 の 共 通 の課 題 の 一 つ が,本 書 の

取 り上 げ る 内 容 で あ る.さ

ら に運 動 や食 事 が 大 き な影 響 を 与 え る 自律 神 経 の 活 動

を も本 書 は カバ ー して い る.10年

の 歳 月 を 経 て,『 ス ポ ー ツ と栄 養 と食 品 』 は,

こ の 分 野 の 関 係 者 の 今 日的 な 要 望 に 的確 に応 え るた め に 内 容 を一 新 した.運 動 と 食 物 摂 取 が 同 じ次 元 で 取 り扱 わ れ る こ と を想 定 して い る.『 ス ポ ー ツ と 栄 養 と食 品』 が この 分 野 の 入 門 書 的性 格 を もつ と した ら,本 書 は そ の ア ドバ ンス 版 で あ る とい え るか も し れ な い.   本 書 の著 者 に は,若 い 研 究 者 を積 極 的 に リ クル ー トした.先 端 の現 場 の 科 学 を 少 しで も表 現 し た か っ た か らで あ る.元 気 の よい 研 究 者 らで あ る の で老 練 な文 章 表 現 とは い え な い が,そ の ダ イナ ミッ ク な 動 き を感 じ取 っ て い た だ け れ ば 幸 い で あ る.こ れ らの 内 容 は 遠 か らず 食 品 ・栄 養 分 野 の 重 要 な トピ ッ ク ス とな る も の で あ る と編 者 は 確 信 して い る.   本 書 の企 画 ・編 集 に 多 大 な尽 力 を い た だ い た 朝 倉 書 店 の方 が た に こ の 場 を借 り て 感 謝 した い.    

2006年10月 編

者 伏 木  

亨

目

1.運

次

動 とア ミ ノ酸 ・タ ンパ ク 質

 〔 下 村 吉 治 〕  1

  1.1  ア ミ ノ酸 代 謝 へ の 運 動 の影 響

  2

  1.2 分 岐鎖 ア ミノ 酸(BCAA)代

  7

謝 と運 動

  1.3  グ ル コー ス‐ア ラ ニ ン回 路

  11

  1.4  中枢 性 疲 労 と ア ミノ酸

  11

  1.5 筋 タ ンパ ク 質 合 成 とア ミ ノ酸

  12

  1.6 体 づ く りの た め の タ ンパ ク 質 ・ア ミノ酸 摂取

2.運

動 と筋 肉 へ の 糖 吸 収 機 構

  15

 〔林   達 也 ・豊 田太 郎 〕19

  2.1 運 動 時 の骨 格 筋 エ ネ ル ギ ー 産 生 に お け る糖 代 謝 の役 割

 19

  2.2  GLUT4の

 21

トラ ン ス ロ ケ ー シ ョン と糖 輸 送 促 進

  2.3 筋 収 縮 が 糖 輸 送 を促 進 す る メ カ ニ ズ ム   2.4 運 動 に よ る イ ンス リ ン感 受 性(イ

ンス リ ン依 存 性 糖 輸 送)の

  2.5  イ ンス リ ン作 用 調 節 と食 品 成 分   2.6 糖 尿 病 の 運 動 療 法

3.運

  23

動 における疲労感発 生の メカニズム

亢 進 

30   33  37

 〔井 上 和 生 ・松 村 成 暢 〕  43

  3.1 現 代 社 会 と疲 労

 43

  3.2  運 動 と疲 労

 44

  3.3 脳 内 サ イ トカ イ ンの 役 割

 46

  3.4  疲 労 感 とエ ネ ル ギ ー 代 謝

 48

  3.5  発 熱 と疲 労

4.筋

肉増強 の メカニズム

  4.1  筋 肉 の 遺 伝 子 発 現

  50

 〔井 上 和 生 〕  54  54

  4.2  骨 格 筋 に対 す る トレー ニ ング の 影 響

  58

  4.3  食 品 成 分 と筋 肉増 強

5.エ

  62

ネ ル ギ ー代 謝 と食 品

 〔石 原 健 吾 〕65

  5.1  運 動 中 の エ ネ ル ギ ー 源 に な る栄 養 素

  65

  5.2  栄 養 素 が 利 用 さ れ る 割 合 は運 動 中 に変 化 す る

  66

  5.3  運 動 能 力 を低 下 させ る 要 因

  69

  5.4  運 動 強 度 の 指 標

  70

  5.5  運 動 能 力 の 指 標

  71

  5.6  有 酸 素 運 動 能 力 を高 め る 栄 養 摂 取 の 方 法

  73

  5.7  運 動 前 の 食 事

 73

  5.8  運 動 中 の 栄 養 補 給

  75

  5.9  運 動 後 の 栄 養 補 給

 77

  5.10  ダ イエ ッ トと運 動

  78

  5.11  特 殊 な食 品成 分 と持 久 運 動 能 力

6.運

 79

動 と ミネ ラ ル

  〔吉 田宗 弘 〕81

  6.1  筋 肉 と ミネ ラル

  81

  6.2  エ ネ ル ギ ー 産 生 と ミネ ラ ル

 85

  6.3  骨 代 謝 と ミネ ラル

  88

  6.4 発 汗 と ミネ ラル

 91

  6.5  運 動 性 貧 血

  93

  6.6  ミネ ラ ルサ プ リメ ン トの 意義

7.運

 97

動 時 に お け る 各臓 器 の エ ネ ル ギ ー代 謝 へ の 寄 与

 

〔 水 野 谷 航 ・柴 草 哲 朗 〕  100

  7.1  エ ネ ル ギ ー代 謝 調 節 機 構 につ い て の こ れ まで の 諸 説

 100

  7.2  運 動 時 にお け る各 臓 器 の エ ネ ル ギ ー 代 謝 応 答

 107

  7.3  中枢 神 経 系 に よる エ ネ ル ギ ー代 謝 調 節 制 御 機 構

 113

  7.4  中枢 神 経 系 に よる運 動 時 のエ ネ ル ギ ー代 謝 調 節 機 構

  119

8.運

動

と 食 品

 〔森 谷 敏 夫 ・永 井 成 美 〕  124

  8.1  自律 神 経 とは

  124

  8.2  自律 神 経 活 動 測 定 法

 126

  8.3  肥 満 ・糖 尿 病 と 自律 神 経

  135

  8.4  運 動 と 自律 神 経 活 動

 137

  8.5  自律 神 経 に 及 ぼ す 運 動 の 効 果

 140

  8.6  食 品 成 分 と 自律 神 経

  145

索

  157

引

1.運

  運 動 は,エ

動 とア ミノ酸 ・タ ンパ ク質

ネ ル ギ ー 代 謝 を著 し く亢 進 す る た め,主

る炭 水 化 物 と脂 肪 の 酸 化 分 解 が促 進 さ れ る.さ

な体 内 の エ ネル ギ ー源 で あ

らに,運 動 時 に は 身体 の 主 要 構 成

成 分 で あ る タ ンパ ク質 も分 解 され,生 成 され た ア ミ ノ酸 もあ る程 度 の エ ネ ル ギ ー 源 とな る.こ の よ う に運 動 は体 内 の 種 々 の 代 謝 を促 進 す るが,特 臓 器 で あ る骨 格 筋 で はそ の代 謝 変 動 が 大 きい.一

に運 動 の 中心 的

方,運 動 に よる刺 激 は,エ ネ ル

ギ ー基 質 の 分 解 ば か りで な く,運 動 後 に は タ ンパ ク質 合 成 を促 進 す る作 用 も もた らす.や

は り,こ の 運 動 の作 用 は 骨 格 筋 で 大 き く,運 動 に よる 筋 肉 づ く りの作 用

と して 知 られ て い る.   骨 格 筋 は,水 る.さ

分 が80%を

占 め,残

りは ほ とん ど タ ンパ ク 質 か ら成 り立 っ て い

らに,骨 格 筋 は体 重 の35∼40%を

の 貯 蔵 庫 で あ る と い え る.ウ り,筋 肉が 肥 大 し,筋

占 め る の で,全

身 に お け る タ ンパ ク 質

ェ イ ト トレー ニ ング の よ うな運 動 トレ ー ニ ング に よ

タ ンパ ク量 も増 え る こ とは 良 く知 られ た事 実 で あ り,こ の

現 象 は,運 動 に よ り筋 肉 の タ ンパ ク 質 と ア ミノ酸 代 謝 に大 き な影 響 が 及 ん だ 結 果 で あ る.   ヒ トの タ ンパ ク質 を構 成 す る ア ミ ノ酸 は20種 の 必 須 ア ミノ酸(体

類 あ り,そ の う ち9種 類 が 成 人

内 で 合 成 で き な い ア ミノ 酸)で

あ る(表1.1).し

た が っ て,

運 動 に よ り筋 肉 づ く りを す る場 合 に は,十 分 な 必 須 ア ミノ酸 を摂 取 す る 必 要 が あ る.食

物 中 の タ ン パ ク 質 を構 成 す る 必 須 ア ミ ノ 酸 の 中 で,分

(branched-chain

amino

の 占 め る 割 合 は40∼50%と

acids,BCAA:バ

約35%と

高 い.し

リ ン,ロ イ シ ン,イ ソ ロ イ シ ンの 総 称)

きわ め て 高 く,ヒ

た が っ て,筋

岐鎖 ア ミノ 酸

トの筋 タ ンパ ク質 中 の そ の割 合 も

肉 づ く りに 果 た すBCAAの

役 割 は 大 き く,逆

に,運 動 中 に分 解 す る 量 もか な りあ る と考 え られ て い る.   本 章 で は,筋

肉 に お け る ア ミ ノ 酸 代 謝 に対 す る 運 動 の 影 響 をBCAAを

中心 に

表1.1 

タ ンパ ク質 を構 成 す る主 要 な ア ミノ酸

*筋 肉 で 酸化 され る ア ミノ酸

述 べ,肝

臓 の そ の 代 謝 に対 す る影 響 に つ い て も言 及 す る.さ

らに,体 づ く りの た

め の タ ンパ ク質 ・ア ミノ酸 の 摂 取 法 を最 後 に考 察 す る.

  1.1  ア ミ ノ 酸 代 謝 へ の 運 動 の 影 響   a.  運 動 に よ る ア ン モ ニ ア お よび 尿 素 生 成 の 促 進   生 体 内 の ア ミノ 酸 の 起 源 は,食 物 中 の タ ンパ ク質 と組 織 を形 成 す る 内 因性 の タ ンパ ク 質 で あ る.い ず れ の タ ンパ ク 質 もア ミ ノ酸 に ま で分 解 され た の ち,体 内 で タ ンパ ク質 合 成 に再 利 用 さ れ るか,も ウ糖)お

よ び脂 肪 に変 換 され る か,ま

し くは さ ら に分 解 され て グ ル コ ース(ブ

ド

た は 完 全 酸 化 さ れ て 炭 酸 ガス と水 に な る

(図1.1).   ア ミノ酸 の 分 解 で は,そ の 炭 素 骨 格 とア ミ ノ基 は別 々 の 代 謝 経 路 に よ り処 理 さ れ る.す な わ ち,炭

素 骨 格 は他 の 物 質 に変 換 され た り完 全 酸 化 さ れ る が,ア

基 は転 移 反 応 を受 け た 後,最 終 的 に ア ンモ ニ ア を生 成 す る(図1.1).ア

ミノ

ンモ ニ ア

は 肝 臓 で さ ら に尿 素 に 変 換 さ れ,尿 中 へ 排 泄 され る.   1)  ア ン モ ニ ア の 生 成 と その 作 用 ア 濃 度 は30∼40μmol/lで

  ヒ トの安 静 な状 態 で は,血

中 の ア ンモ ニ

あ る が,運 動 を 持 続 す る と,筋 肉 に お い て ア ンモ ニ ア

生 成 が 高 ま り血 中 の ア ンモ ニ ア 濃 度 は上 昇 す る.そ の 上 昇 の 度 合 い は,ヒ 件(ト

レー ニ ン グ を どの 程 度 して い るか,運 動 前 の 筋 グ リコ ー ゲ ン量,運

トの 条 動の タ

図1.1  ア ミ ノ酸 ・タ ンパ ク 質代 謝 に お け る尿 素 生 成

イ プ な ど)に

よ り異 な るが,100μmol/l以

この ア ンモ ニ ア の 由 来 は,ア

ミノ酸 の 分 解 に よっ て も発 生 す る が,主

ヌ ク レオ チ ドサ イ ク ル(図1.2)に リ ン酸(AMP)か

上 に も達 す る こ とが 報 告 さ れ て い る.

お い てAMPデ

ア ミナ ー ゼ に よ りア デ ノ シ ン1‐

ら イ ノ シ ン1‐ リ ン酸(IMP)が

ア ンモ ニ ア で あ る と考 え られ て い る.プ る ア ミノ基 の 主 要 な 供 給 源 はBCAAで

生 成 され る と きに 遊 離 され る

リ ンヌ ク レ オチ ドサ イ ク ル に取 り込 まれ

あ る(図1.2).

  ア ンモ ニ ア と疲 労 の 関係 は まだ 十 分 に わ か って い な い が,ア 次 の 理 由 に よ り疲 労 を促 進 す る と考 え られ る.一 つ は,ア に対 す る作 用 で,脳

ンモ ニ アの 蓄 積 は

ンモ ニ ア の 脳 ・神 経 系

内 に ア ンモ ニ アが 蓄 積 す る と,グ ル タ ミ ンを 生 成 し て グ ル タ

ミ ン酸 を 減 少 させ る.グ ミ ノ酪 酸(GABA)の

にはプ リン

ル タ ミ ン酸 は,神 経 細 胞 の 活 性 の 調 節 物 質 で あ る γ‐ア

生 成 に必 要 で あ る た め,そ の 減 少 はGABAの

減 少 を引 き起

こ し,神 経 系 の 機 能 低 下 を もた ら して 中 枢 性 疲 労 の 原 因 とな る と考 え られ る.他 の 一 つ は,筋 肉 に対 す る作 用 で,筋 肉 に ア ンモ ニ ア が 蓄 積 す る と,解 糖 系 の ホ ス ホ フ ル ク トキ ナ ー ゼ が 活 性 化 され 解 糖 が 進 み 乳 酸 の 生 成 が 促 進 され る(図1.2). さ ら に,ア

ンモ ニ ア は ク エ ン酸 回 路 の 成 分 で あ る α‐ケ トグ ル タ ル 酸 に結 合 し グ

ル タ ミ ン酸 に な る こ と に よ り,ク エ ン酸 回路 の 回 転 を 阻 害 す る.こ れ らの 理 由 に よ り,ア ンモ ニ ア は筋 肉 で の疲 労 も促 進 す る 可 能 性 が 考 え ら れ る が,先 た よ う に,ア

ンモ ニ ア の影 響 に つ い て は不 明 な 部 分 が 多 い.

に も述 べ

図1.2  筋 肉 の プ リ ンヌ ク レ オチ ドサ イ ク ル に お け る ア ンモ ニ ア の 生 成 ATP:ア

デ ノ シ ン3− リ ン酸,ADP:ア

デ ノ シ ン2−リ ン酸,AMP:ア

デ ノ シ ン1− リ ン酸,IMP:

イ ノ シ ン1− リ ン酸   は 促 進 を意 味 す る.

  2)  尿 素 の 生 成 80∼90%が

  ヒ トは摂 取 した 窒 素 の95%を

尿 素 で あ る.尿

尿 中 に排 泄 し,尿 中窒 素 の

素 は肝 臓 に お い て 生 成 さ れ る が,グ

ル タ ミ ン酸 が 尿

素 生 成 の た め の 窒 素 供 給 に 中 心 的 な役 割 を果 た して い る(図1.1).肝

臓 で生 成 さ

れ た 尿 素 は血 液 を介 して腎 臓 に運 搬 され るの で,運 動 に よ り タ ンパ ク質 お よび ア ミノ 酸 の 分 解 が 進 む と血 中 の 尿 素 濃 度 が 高 くな る.図1 運 動 の 持 続 時 間 の 関 係 を示 した.こ

.31)に 血 中 の 尿 素 濃 度 と

の 図 か らす る と,運 動 時 間 が 長 くなれ ば な る

図1.3  ヒ トの 血 中尿 素 レベ ル と走 運動 時 間 の 関係1)

ほ ど血 中 の尿 素 濃 度 も上 昇 し,タ ンパ ク質 ・ア ミ ノ酸 の分 解 が 亢 進 す る こ とが わ か る.逆

に,1時

間 以 内 の 短 時 間 の 運 動 で は そ の 分 解 は き わ め て 少 な い とい え

る.し か し,運 動 中 の ロ イ シ ンの 分 解 を追 跡 した 研 究 に よれ ば,血

中 の 尿 素 レベ

ルが 上 昇 し な い う ち に も ロ イ シ ンの 分 解 は促 進 され る こ と が 明 らか に さ れ て お り,運 動 中 の ア ミノ酸 分 解 量 は 考 え られ て い る よ りも大 きい よ うで あ る.  b.  ア ミノ 酸 の 炭 素 骨 格 の 分 解 と運 動   タ ンパ ク質 ・ア ミ ノ酸 か らの エ ネ ル ギ ー 供 給 が,ヒ

トの 運 動 中 の エ ネ ル ギ ー 代

謝 の どれ ほ ど を 占 め るか は 報 告 に よ りか な り異 な る.血 中 の 尿 素 濃 度 お よ び 窒 素 の排 泄 か ら計 算 され た値 は,3%か

ら18%の

間 に あ る1).し か し,上 述 の よ う に

血 中 尿 素 レベ ル が 上 昇 しな い う ち に も ロ イ シ ンの 分 解 は促 進 さ れ る こ と よ り,タ ンパ ク質 が エ ネ ル ギ ー代 謝 に 貢 献 す る 割 合 は こ の値 よ り も高 い 可 能 性 は あ る が, お そ ら く10%前

後 の エ ネ ル ギ ー が タ ンパ ク 質 ・ア ミノ 酸 か ら供 給 さ れ る とい っ

て も よい で あ ろ う.   ア ミ ノ酸 の 炭 素 骨 格 は 直 接 の エ ネ ル ギ ー 源 に な る が,す 1.4に 示 す よ う に ピル ビ ン酸,ア

セ チ ルCoAも

換 され 代 謝 され る.し た が っ て,多

べ て の ア ミ ノ酸 は 図

し くは クエ ン酸 回 路 の 中 間 体 に 変

くの ア ミ ノ酸 は最 終 的 に クエ ン酸 回 路 で分 解

図1.4  ア ミノ 酸 の 炭 素 骨 格 の代 謝 *必 須 ア ミノ酸

さ れ る と考 え られ る.   ヒ トの 筋 肉 に お い て 酸 化 さ れ る ア ミノ 酸 は,ア ア ラ ニ ン と三 つ のBCAAの6種

ス パ ラ ギ ン酸,グ

ル タ ミ ン酸,

類 で あ り,こ れ らの 中 で も,BCAAが

ミ ノ酸 で あ る こ とが 報 告 され て い る(表1.1参

主 要 なア

照).

  c.  血 中 ア ミノ酸 組 成 に対 す る 運 動 の 影 響   運 動 は ヒ トの 血 中 ア ミノ酸 組 成 に影 響 す る2).短 時 間 の 低 強 度 の 運 動 で は,ア ラ ニ ンや グ ル タ ミ ン濃 度 が 増 加 す る が,高 強 度 の 短 時 間運 動 で は そ れ らの ア ミノ 酸 濃 度 は さ ら に 上 昇 す る が,グ

ル タ ミ ン酸 濃 度 は減 少 傾 向 に あ る.1時

間以 上 の

持 久 的 運 動 で は ア ラ ニ ン は増 加 傾 向 に あ る が,グ

ル タ ミ ンやBCAAは

逆 に減少

す る こ とが 報 告 さ れ て い る.   d.  炭 水 化 物 摂 取 とタ ンパ ク質 ・ア ミノ 酸 分 解   組 織 の 主 要 構 成 成 分 で あ る タ ンパ ク 質 が,運 割 合 を 占 め る と は考 え られ な い.あ

動 中 の エ ネ ル ギ ー 源 と して多 くの

く まで も,主 要 なエ ネ ル ギ ー 源 は炭 水 化 物 と

脂 肪 で あ る.し か し,運 動 中 の タ ンパ ク質 の 分 解 が,炭 水 化 物 摂 取 に よ り影 響 さ れ る こ とが 明 らか に さ れ て い る.す な わ ち,十 分 な 炭 水 化 物 を摂 取 して 運 動 した 場 合 に は,摂 取 し な い で 運 動 した 場 合 よ りも,運 動 中 お よ び そ の 後 の 回復 期 の 血 中 尿 素 濃 度 が 高 くな り,尿 中 や 汗 中 に排 泄 さ れ る尿 素 量 もか な り多 くな る.し た が っ て,炭 水 化 物 の 摂 取 は,運 動 に よ る タ ンパ ク 質 ・ア ミノ酸 分 解 を左 右 す る 一 つ の 要 素 で あ る.こ

の こ とは,グ

リ コ ー ゲ ンの 蓄 積 が 不 十 分 な 状 態 で 運 動 す る

と,運 動 に よ る タ ンパ ク質 ・ア ミ ノ酸 分 解 が 増 大 す る こ と を意 味 して い る.

  1.2  分 岐 鎖 ア ミ ノ 酸(BCAA)代   BCAAは,前

謝 と運 動

述 の よ う に食 物 タ ンパ ク質 お よび 筋 タ ンパ ク質 に多 く含 まれ る必

須 ア ミノ 酸 で あ る.運 動 とア ミノ 酸 の 関係 で は,ア

ミ ノ基 の 輸 送 の役 割 で グ ル タ

ミ ン酸 とア ラニ ンが 重 要 で あ る が,運 動 に よ る タ ンパ ク質 の 分 解 や合 成 に対 す る 作 用 に 関 して はBCAAが した が っ て,BCAAに

中 心 的 な ア ミ ノ酸 で あ り,そ れ に 対 す る 関 心 が 高 い. 関 す る研 究 は多 く行 わ れ て い る が,他 の ア ミノ酸 に関 して

は あ ま り情 報 が な い の が 現 状 で あ る.   a.  BCAAの   BCAAの

代 謝系 とその調節

代 謝 は,す べ て ミ トコ ン ドリ ア 内 で行 わ れ,最

応 まで は 三 つ のBCAA(バ 触 媒 さ れ,そ (図1.5).第1ス

リ ン,ロ イ シ ン,イ

初 と第2ス

テ ッ プの 反

ソ ロ イ シ ン)に 共 通 の酵 素 に よ り

れ 以 降 の 分 解 は そ れ ぞ れ の ア ミ ノ酸 の 独 自 の 経 路 に よ り行 わ れ る テ ッ プ は可 逆 的 な ア ミノ基 の 転 移 反 応 で あ り,BCAAア

転 移 酵 素 に よ り触 媒 さ れ る.第2ス

テ ッ プ は 不 可 逆 的 な酸 化 的 脱 炭 酸 反 応 で あ

り,分 岐 鎖 α‐ケ ト酸 脱 水 素 酵 素 複 合 体 に よ り触 媒 され る.こ の 第2ス 反 応 がBCAAの

ミ ノ基

分 解 を律 速 して お り,三 つ のBCAAの

  分 岐 鎖 α‐ケ ト酸 脱 水 素 酵 素 複 合 体 の活 性 は,酵 リ ン酸 化 に よ り調 節 さ れ て い る.す な わ ち,そ

テ ッ プの

分 解 を調 節 す る. 素 タ ンパ ク質 の リ ン酸 化 ・脱

の 酵 素 は特 異 的 なキ ナ ー ゼ(分 岐

図1.5  KIC:α

‐ケ ト イ ソ カ プ ロ ン 酸,KMV:α

分 岐 鎖 ア ミ ノ酸 の 代 謝 系 ‐ケ ト‐β‐メ チ ル バ レ リ ン 酸,KIV:α

鎖 α‐ケ ト酸 脱 水 素 酵 素 キ ナ ー ゼ)に ホ ス フ ァ タ ー ゼ(分

‐ケ ト イ ソ バ レ リ ン 酸

よ る リ ン酸 化 に よ り活 性 を失 い,特 異 的 な

岐 鎖 α‐ケ ト酸 脱 水 素 酵 素 ホ ス フ ァ ター ゼ)に

化 に よ り活 性 化 さ れ る.し

よ る 脱 リ ン酸

た が って,生 理 的 条 件 の 変 化 に対 応 して,酵 素 活 性 を

速 や か に 調 節 す る こ とが で き る.分 岐 鎖 α‐ケ ト酸 脱 水 素 酵 素 複 合 体 は,そ

の構

造 と活 性 調 節 機 構 に お い て グ ル コー ス 代 謝 の 調 節 酵 素 で あ る ピ ル ビ ン酸 脱 水 素 酵 素 複 合 体 に きわ め て よ く類 似 して い る.   b.  運 動 に よ る 筋 肉 中 のBCAA代

謝 の促 進

  ラ ッ トに お け る 研 究 に お い て,運

動 に よ り筋 肉 で の タ ンパ ク 質 分 解 が 促 進 さ

れ,筋

肉 中 のBCAA濃

度 は 高 ま る こ とが 認 め られ た(図1.6)3).安

静 の状 態で

は,筋 肉 の 分 岐 鎖 α‐ケ ト酸 脱 水 素 酵 素 複 合 体 は ほ と ん どが リ ン酸 化 さ れ た 不 活 性 型 で 存 在 す るが,運

動 に よ り筋 肉 中 の 分 岐 鎖 α‐ケ ト酸 脱 水 素 酵 素 複 合 体 の 活

性 は か な り上 昇 す る(図1.7).し

た が っ て,筋

肉 で のBCAAの

分 解 は 亢 進 し,

図1.6  運動 に よ る 筋 肉 の 分 岐 鎖 ア ミ ノ酸 濃 度 の上 昇3) ラ ッ トの 安 静 時 も し く は2時 間 走 行 運 動(速 度:30 m/min)を 値 は7匹

負荷 した後 の骨 格 筋 中 の分 岐 鎖 ア ミノ酸 濃 度. の ラ ッ トの平 均 値 ±SE.

図1.7  運 動 に よ る ラ ッ ト骨 格 筋 の 分 岐 鎖 α‐ケ ト酸 脱 水 素 酵 素 複 合 体 の 活性 化3) ラ ッ トの安 静 時 も し くは2時 間 走行 運 動(速

度:30m/min)

を負 荷 した後 の骨 格 筋 中 の酵 素 の 活性 型 の 割 合.値 の ラ ッ トの 平 均 値 ±SE. ・総 酵 素 量 は運 動 に よ り影 響 さ れ な い .

は7匹

・本 デ ー タ に お け る安 静 時 の 酵 素 複 合 体 活 性 は約15%で あ る が,こ

こで 使 用 さ れ た ラ ッ トは あ る 程 度 の 食 事 制

限 を さ れ て お り,食 事 制 限 を し な い 安 静 ラ ッ トで は, 約5%と

きわ め て 低 い こ とが 明 らか に さ れ て い る.

そ れ は筋 肉 で直 接 エ ネ ル ギ ー 源 と して利 用 され る と考 え られ る.全 身 に お け る筋 肉量 を 考 慮 す る と,そ のBCAAの

分 解 量 は有 意 な も の で あ ろ う.

  運 動 に よ る筋 肉 で の 分 岐 鎖 α‐ケ ト酸 脱 水 素 酵 素 複 合 体 の活 性 化 の メ カ ニ ズ ム は次 の よ う に考 え られ る:(1)運

動 に よ る タ ンパ ク 質 分 解 の促 進 に よ り,筋 肉 中

のBCAA濃

度 が 上 昇 す る,(2)筋

肉 で は,BCAAア

い た め分 岐 鎖 α‐ケ ト酸 濃 度 も上 昇 す る,(3)分

岐 鎖 α‐ケ ト酸 の 中 で ロ イ シ ンか

ら生 成 さ れ る ケ ト酸(α ‐ケ トイ ソ カ プ ロ ン酸)は 剤 で あ る の で,キ

特異 的 キナーゼ の強力 な阻害

ナ ー ゼ 活 性 が 阻 害 され て 活 性 型 の 分 岐 鎖 α‐ケ ト酸 脱 水 素 酵 素

複 合 体 が 増 加 す る,(4)蓄 参 照).最

ミノ 基 転 移 酵 素 の 活 性 が 高

積 した 分 岐 鎖 α‐ケ ト酸 の 分 解 が 促 進 さ れ る(図1.5

近 の研 究 に お い て,実

際 に運 動 に よ りキ ナ ー ゼ 活 性 が 低 下 し,分 岐 鎖

α‐ケ ト酸 脱 水 素 酵 素 複 合 体 が 活 性 化 さ れ る こ とが 確 認 さ れ た4).   c.  運 動 に よ る肝 臓 中 のBCAA代

謝 の促進

  運 動 に よ り,肝 臓 や 腸 な どの 内 臓 の タ ンパ ク 質分 解 も亢 進 す る こ とが わ か っ て い る.事

実,運

動 に よ り肝 臓 中 のBCAA濃

研 究 に お い て観 察 され た(図1.8).ラ

度 は 上 昇 す る こ とが ラ ッ トに お け る

ッ ト肝 臓 で は,BCAAア

ほ と ん ど発 現 して い な い た め そ の 活 性 は きわ め て 低 い.し BCAAを

直 接 分 解 で き な い と考 え ら れ て い る.逆

複 合 体 の 活 性 は き わ め て 高 い の で,肝

ミノ 基 転 移 酵 素 は た が っ て,肝

臓 では

に分 岐 鎖 α‐ケ ト酸 脱 水 素 酵 素

臓 で はBCAAか

ら ア ミノ基 転 移 に よ り生

成 され た 分 岐 鎖 α‐ケ ト酸 は た だ ち に分 解 され る.ま

た,血 液 を 介 して 肝 臓 に 輸

送 され た α‐ケ ト酸 も速 や か に分 解 され る.そ の 反 映 と して,肝 臓 中 の 分 岐 鎖 α‐ ケ ト酸 濃 度 は,血 μmol/g組 織;血

液 中 や 筋 肉 中 の 濃 度 と比 べ て か な り低 い(肝

液,0.033μmol/ml;筋

肉,0.025μmol/g組

図1.8  運 動 に よる 肝 臓 の 分 岐 鎖 ア ミノ酸 濃 度 の 上 昇3) ラ ッ トの 安 静 時 も し くは2時 度:30m/min)を

岐 鎖 ア ミノ 酸 濃 度.値 均 値 ±SE.

間走 行 運 動(速

負 荷 し た 後 の 肝 臓 中 の分 は7匹

の ラ ッ トの 平

織).肝

臓,＜0.002 臓 は糖 新 生

を活 発 に行 う臓 器 で あ るの で,お そ ら くイ ソ ロイ シ ンや バ リ ンの 糖 原 性 ア ミ ノ酸 は,グ ル コー ス を生 成 す るの に利 用 され る と考 え られ る.   た だ し,ヒ

トの 肝 臓 で は,分

肝 臓 の1%以

下 とか な り低 い の で,BCAAと

発 で は な い よ うで あ る.ヒ

岐 鎖 α‐ケ ト酸 脱 水 素 酵 素 複 合 体 の活 性 は ラ ッ ト

トで は,筋

分 岐 鎖 α‐ケ ト酸 の 代 謝 は あ ま り活

肉 がBCAA代

謝の 中心的臓 器 であ る よう

で あ る が,ま だ 不 明 な 点 が 多 い.

  1.3  グ ル コ ー ス ‐ア ラ ニ ン 回 路   運 動 中 も し くは絶 食 中 で は肝 臓 の グ リ コー ゲ ンが 著 し く減 少 す る.こ の 場 合, 血 糖 維 持 の た め に肝 臓 で 活 発 に糖 新 生 が 行 わ れ る.も

し糖 新 生 を抑 制 す る と,運

動 の持 続 能 力 が 低 下 す る こ とが 明 らか に さ れ て い る.   糖 新 生 の 基 質 と し て は 先 に 述 べ た よ う に イ ソ ロ イ シ ンや バ リ ン も考 え られ る が,ア

ラニ ンが 重 要 な 基 質 で あ る こ とが 明 らか に さ れ て い る.筋 肉 で ピル ビ ン酸

に ア ミ ノ基 が 転 移 され て 生 成 され た ア ラ ニ ンが 肝 臓 で グ ル コー ス に変 換 され,そ の グ ル コ ー ス は筋 肉 で 再 び 利 用 され る グ ル コ ー ス‐ア ラニ ン回 路 が 成 り立 っ て い る(図1.9).こ

の 回 路 の 中 で,BCAAは

ピ ル ビ ン酸 へ の ア ミノ基 の 主 要 な 供 給 源

で あ る.   実 際 に,ヒ

トに お い て運 動 中 の 各 臓 器 へ の 血 中 の ア ミノ酸 の 取 り込 み と放 出 を

み た 研 究 が あ る5).こ れ に よ る と,内 臓 で は ア ラニ ンを よ く取 り込 み,BCAAを 放 出 し,筋 肉 で は そ の 逆 の 関係 に あ る こ とが 明 らか に され て い る.

  1.4  中 枢 性 疲 労 と ア ミ ノ 酸   中枢 性 疲 労 の 一 つ の メ カ ニ ズ ム と して,脳 内 にお け る トリプ トフ ァ ンか らの セ ロ トニ ン合 成 の 増 加 が 考 え られ て い る.し た が っ て,血 中 か ら脳 内 に トリ プ トフ ァ ンの 輸 送 が 促 進 され る と,中 枢 性 疲 労 が 高 ま る と考 え られ る.   脳 内 に トリ プ トフ ァ ンが 輸 送 さ れ る 場 合 に は,血 rier)を 通 過 しな け れ ば な ら な い.血 性 ア ミノ 酸 輸 送 体)はBCAAの

度 が 低 下 す る と,脳

bar

液 ‐脳 関 門 の トリ プ トフ ァ ン の 輸 送 体(中

そ れ と共 通 で あ る た め,そ

通 過 す る 際 に競 合 す る(図1.10).し す るBCAA濃

液 脳 関 門(blood-brain

れ ら は そ の ゲ ー トを

た が っ て,血 中 の トリ プ トフ ァ ン濃 度 に対 内 に トリ プ トフ ァ ンの 取 り込 み が 増 加 して,

図1.9  肝 臓 と骨 格 筋 の 間 の グ ル コー ス‐ア ラ ニ ン回 路: 分 岐 鎖 ア ミノ酸 との 関 係

中枢 性 疲 労 が 促 進 され る と考 え られ る.し た が っ て,BCAA摂 軽 減 す る 可 能 性 が 考 え られ る.実 際 に,BCAAを

取 は 中枢 性 疲 労 を

運 動 前 に摂 取 す る こ とに よ り,

運 動 中 の 主 観 的 運 動 強 度 を低 下 す る こ とが 報 告 され て い る6).   1日 の タ ンパ ク質 の 摂 取 量 を,Og,75g,150gの3段 トリ プ トフ ァ ン とBCAA濃

階 に調 節 して,血

度 の 比 率 を測 定 した 結 果 で は,タ

ンパ ク 質 の 摂 取 量

に応 じて そ の 比 率 が 低 下 す る こ と が 報 告 さ れ て い る(図1.11)7).こ 中枢 性 疲 労 の 予 防 ・回復 に タ ンパ ク 質(BCAA)の して い る.運

動 に よ りBCAAの

中の

の 所 見 は,

摂 取 が 有 効 で あ る こ とを示 唆

分 解 が 高 ま る の で,十

分 な タ ンパ ク 質(BCAA)

の 摂 取 は,中 枢 性 疲 労 の予 防 も し くは 回 復 に効 果 的 で あ る可 能 性 が 高 い.

1.5  筋 タ ン パ ク 質 合 成 と ア ミ ノ 酸 a.  BCAAと

筋 タ ンパ ク質 合 成

  必 須 ア ミノ 酸 で あ る こ と と タ ンパ ク 質 中 の 含 量 が 高 い こ と よ り,タ ンパ ク 質 合

図1.10  脳 内へ の トリ プ トフ ァ ン と分 岐鎖 ア ミノ酸 輸 送 の 競 合

図1.11 

タ ンパ ク質 を0g,75g,も

し く は150g含

む食 餌 を5日

間摂

取 した ヒ トの 血 清 ト リプ トフ ァ ン濃 度(A),お よ び トリプ ト フ ァ ン濃 度 と主 な 中 性 ア ミ ノ酸 濃 度 の 比 率(B)の 日内 変 動7) T+P+L+I+V:ト

リ プ トフ ァ ン+フ

ソ ロ イ シ ン+バ

成 に は 十 分 なBCAAの ば か りで は な く,BCAAの

ェ ニ ル ア ラ ニ ン+ロ

確 保 が 重 要 で あ る こ とが わ か る で あ ろ う.し か し,そ れ 生理 作 用 と して 次 の こ とが 証 明 され て い る.(1)ロ

シ ンは 筋 タ ンパ ク質 の 分 解 を抑 制 す る.(2)ロ 進 す る.(3)〓

イ シ ン+イ

リ ン.

イ シ ンは筋 タ ンパ ク 質 の 合 成 を促

臓 か らの イ ンス リ ン分 泌 を促 進 す る.(4)イ

ン パ ク 質 合 成 作 用 を増 大 す る.こ

れ らのBCAAの

イ

ンス リ ンに よ る筋 タ

作 用 の 中 で も,ロ イ シ ン に よ

る タ ンパ ク質 合 成 促 進 作 用 は特 に注 目 され て お り,そ の 作 用 は タ ンパ ク 質合 成 の 過 程 に お け る メ ッセ ン ジ ャ ーRNA(mRNA)か る こ とが 明 らか に さ れ た.し

ら の タ ンパ ク質 の 翻 訳 を促 進 す

たが っ て,ロ

イ シ ンは タ ンパ ク質 合 成 の た め の 成 分

と して ばか りで な く,タ ンパ ク質 代 謝 を調 節 す る 因子 と して も重 要 な役 割 を果 た して い る とい え る.   b.  運 動 に よ る 筋 タ ン パ ク 質 分 解 お よび 筋 損傷 に対 す るBCAAの   運 動 中 に は 筋 タ ンパ ク の 分 解 が 亢 進 し,筋 肉 で のBCAAの

効果

分解 が促進 す るこ

とは これ ま で に述 べ て きた 通 りで あ る.で は,運 動 直 前 にBCAAを

投 与 す る と,

筋 肉 で の タ ンパ ク質 代 謝 は どの よ う に影 響 され るか は興 味 あ る と こ ろ で あ る.   こ の研 究 を ヒ トに お い て 行 っ た報 告8)が あ る.実 験 で は,健 康 な 成 人 男性(年 齢18∼30歳)に,運 (合 計77mg/kg体

動 の45分 重)経

と20分 前 にBCAAを38.5mg/kg体

口 投 与 す る か,も

重 ず つ2回

し くは コ ン トロ ー ル と して プ ラセ ボ

を 同様 に投 与 した の ち,片 足 で エ ル ゴ メ ー ター を1時 間 こ ぐ運 動 を負 荷 した.投 与 したBCAAは500mg入 mg,イ

りの カ プ セ ル で,ロ

ソ ロ イ シ ン を130mg含

70∼75%で

あ っ た.こ

の 実 験 の 結 果(表1.2)8)に

か し,BCAA投

ア ミノ 酸 量 は減 少 し た.特 BCAAが

リ ン を150

む もの で あ っ た.運 動 の 強 度 は,最 大 強 度 の 約

と に よ り,動 脈 血 中 と筋 中 のBCAA濃 生 成 が 増 加 した.し

イ シ ン を220mg,バ

よ る と,BCAAを

投 与す る こ

度 が 上 昇 し,筋 肉 に お け る ア ンモ ニ ア の 与 に よ り,筋 肉 か ら遊 離(放

に,BCAAの

放 出 は 減 少 した.す

出)さ

な わ ち,投

れる必須 与 した

筋 肉 中 で 分 解 され る こ と に よ り,筋 タ ンパ ク 質 の 分 解 が 抑 制 され た と考

え られ る.し

た が っ て,こ

の 結 果 は,投

与 し たBCAAに

表1.2  運 動 前 の分 岐鎖 ア ミノ 酸(BCAA)投

5人 の 平 均 値 ±SE.

よ る 運 動 中 の筋 タ ンパ

与 の 影響8)

ク質 分 解 の 抑 制 効 果 を示 す もの で あ る.   強 い負 荷 の 運 動(特 ら れ て お り,そ (CK)を

に エ キ セ ン トリ ッ ク運 動)は,筋

の 結 果,筋

細 胞 中 に 豊 富 に 存 在 す る酵 素 ク レ ア チ ンキ ナ ー ゼ

血 中 に放 出 す る た め,血

運 動 前 にBCAAも

肉 を損 傷 す る こ とが 認 め

中 のCK活

性 が 上 昇 す る こ とが 知 られ て い る.

し く は そ れ を主 成 分 とす る ア ミノ 酸 サ プ リメ ン トを投 与 す る

と,運 動 後 に 起 こ る 血 中CK活

性 の 上 昇 を抑 制 で きる こ と が 報 告 され て い る.ま

た,運 動 前 の4∼5gのBCAA摂

取 は 運 動 の 翌 日以 降 に発 生 す る筋 肉 痛 を軽 減 す

る こ と も認 め られ た9).こ れ らの所 見 よ り,運 動 前 のBCAA摂

取 は運 動 に よ る筋

肉損 傷 を軽 減 し,さ ら に筋 損 傷 の 回 復 を促 進 す る可 能 性 が 考 え られ る.

  1.6  体 づ く り の た め の タ ン パ ク 質 ・ア ミ ノ 酸 摂 取   a.  タ ンパ ク 質 摂 取 量   一 般 成 人 の タ ンパ ク質 所 要 量 は,1.08g/kg体 あ れ ば,1日

約65gの

重 で あ る.体 重60kgの

ヒ トで

タ ンパ ク 質 が 必 要 で あ る.

  激 し く運 動 す る ア ス リー トの 場 合 で は,ど れ ほ どの タ ンパ ク質 を1日 に摂 取 す れ ば よい の か.こ の 問 に対 して,ア ス リー トの タ ンパ ク質 所 要 量 を増 加 す る こ と は慎 重 にす べ きで あ る とす る意 見 もあ るが,こ

れ まで に述 べ て き た通 り,運 動 に

よ りア ミ ノ酸 の 分 解 は 亢 進 しエ ネ ル ギ ー 源 と して利 用 され,運 動 後 に は タ ンパ ク 質 の 合 成 が 増 大 す る.さ

ら に,多

くの 研 究 に お い て,運 動 に よ り タ ンパ ク質 の 必

要 量 が 増 大 す る結 果 が 出 て い る.し た が っ て,ア ス リー トは 一 般 の ヒ トよ り も タ ンパ ク質 を多 く摂 取 す べ きで あ る.一 般 的 に摂 取 さ れ る食 物 中 タ ンパ ク質 の 利 用 効 率(生 g/kg体

物 価)な

どを 考 慮 す る と,ア

ス リ ー トの タ ンパ ク 質 所 要 量 は1.8∼2.O

重 で あ る とす る 報 告 もあ る.一 般 的 な 言 い 方 をす れ ば,ア

ス リー トは一

般 の ヒ トよ り も1.5∼2倍 の タ ンパ ク質 を摂 取 す る こ とが 勧 め られ よ う.   b.  ア ミノ 酸 ・タ ンパ ク質 の 摂 取 タ イ ミン グ   運 動 との 関 係 で ど の 時 点 で 筋 タ ンパ ク 質 が 合 成 され るか に 関 して は,ラ

ッ トお

よ び ヒ トにお い て 多 くの研 究 が 行 わ れ た が,そ の 結 果 は いず れ もだ い た い 同 様 で あ る.す

な わ ち,運 動 中 は タ ンパ ク 質 の 分 解 が 亢 進 し,合 成 は低 下 す る.一 方,

運 動 後 で は 逆 に タ ン パ ク質 の合 成 が 亢 進 し,少 な く と も24時 が 保 た れ る こ とが 確 認 され て い る.ヒ

間ほ どはその状態

トにお け る タ ンパ ク 質 合 成 に対 す る運 動 の

表1.3  運 動 中 と運 動 後 の 人筋 肉 に お け る タ ンパ ク質合 成

効 果 の 報 告 を 表1.3に ま と め た.   運 動 に よ り タ ンパ ク質 合 成 が 増 大 す る 時 点 で タ ンパ ク質 ・ア ミノ 酸 を摂 取 す る 必 要 性 が 高 い こ とが 推 察 さ れ る.運 動 後 の タ ンパ ク 質 摂 取 の タ イ ミ ン グ の 重 要 性 を検 討 す る 目的 で,イ

ヌ を用 い て,運 動 直 後 も し く は運 動 終 了2時 間 後 に ア ミ ノ

酸 と グル コ ー ス の 混 合 液 を投 与 して,筋 検 討 され た10).そ の 結 果,ど

タ ンパ ク 質合 成 に効 果 的 な タ イ ミ ン グが

ち らの タ イ ミ ング で 混 合 液 を投 与 して も タ ンパ ク 質

合 成 は増 大 す る が,運 動 直 後 に投 与 した 方 が そ の上 昇 す る レベ ル は 高 か っ た.   こ の イ ヌ に お け る所 見 は,そ の 後 に 行 わ れ た ヒ トに お け る い くつ か の研 究 にお い て確 認 さ れ た.す

な わ ち,被 験 者(30∼33歳)に60分

間 の 自転 車 エ ル ゴ メー

タ に よ る 運 動 を負 荷 した 直 後 に タ ンパ ク 質 サ プ リ メ ン ト(組 成:タ g,糖

質8g,脂

肪3g)を

摂 取 させ た 場 合 と,3時

肉 の タ ンパ ク 質 合 成 率 を比 較 した とこ ろ,タ

ンパ ク 質10

間後 に 摂 取 させ た場 合 で,筋

ンパ ク質 合 成 率 は運 動 直 後 摂 取 の 方

が 有 意 に 高 か っ た11).さ ら に,高 齢 被 験 者(約74歳)に,週3回

の レ ジス タ ン

ス トレー ニ ン グ を負 荷 し,そ の トレ ー ニ ン グの 直 後 も し くは2時 間 後 に タ ンパ ク 質 サ プ リ メ ン ト(組 成:タ ンパ ク質10g,糖 プ ロ グ ラ ム を12週

間継 続 した と こ ろ,ト

質7g,脂

肪3g)を

摂 取 させ,こ

の

レ ー ニ ン グ直 後 の サ プ リ メ ン ト摂 取 の

方 が 筋 力 と筋 肉量 の両 者 と も に よ り増 大 して い た12).   一 方,被 験 者 に45∼50分

の レジ ス タ ンス 運 動 を負 荷 し,そ の 直 前 も し くは 直

後 に ア ミノ 酸 サ プ リ メ ン ト(組 成:必 須 ア ミ ノ酸 混 合6g,シ

ョ糖35g)を

摂取

させ る方 法 で,運 動 後 の 筋 タ ンパ ク質 合 成 率 を検 討 した と こ ろ,運 動 直 後 よ りも 運 動 直 前 の 摂 取 に お い て タ ンパ ク 質 合 成 率 が 高 か っ た こ とが 明 ら か に され た13).

図1.12  運 動 との 関 係 に お け る タ ンパ ク質 ・ア ミ ノ酸 サ プ リ メ ン トの摂 取 タ イ ミ ン グ ア ミ ノ酸 サ プ リメ ン トの 中 で も,特 にBCAAを 中心 と し た サ プ リ メ ン トが 有 効 で あ る と考 え ら れ る.

  こ れ ら の 所 見 を ま と め る と,運 も,運

動 後 時 間 を あ け て タ ンパ ク 質 を 摂 取 す る よ り

動 直 後 の 摂 取 の 方 が 筋 タ ン パ ク 質 合 成 率 が よ り 上 昇 し,筋

加 す る よ う で あ る.一

方,レ

ジ ス タ ン ス 運 動 直 前 の ア ミ ノ 酸 摂 取 で は,運

の 摂 取 よ り も 筋 タ ン パ ク 質 合 成 率 が 高 か っ た の で,レ 運 動 直 前 の 摂 取 は 効 果 的 で あ る 可 能 性 が 高 い.結 質

・ ア ミ ノ 酸 の 摂 取 は 効 果 的 で あ り,レ

ア ミ ノ 酸(特

にBCAA)を

ジス タ ンス

た は 食 事)を

ジス タ ンス 運 動 の 場 合 に は

論 と し て,運

動 直 後 の タ ンパ ク の 直 前 に

摂 取 す る と そ れ 以 上 の 効 果 が 得 ら れ る 可 能 性 が あ る. 後 に 技 術 練 習 を 行 い,そ

ト レ ー ニ ン グ を 行 う こ と が 多 い.レ

グ 直 前 に は ア ミ ノ 酸(BCAA)食 品(ま

動 直 後

ジ ス タ ン ス 運 動 の 場 合 に は,そ

  実 際 の ス ポ ー ツ ト レ ー ニ ン グ で は,午 (夕 方)レ

力 と筋 肉 量 も 増

品 を 摂 取 し,ト

れ に 引 き続 き

ジ ス タ ン ス トレ ー ニ ン

レー ニ ング 直 後 に タ ンパ ク質 食

摂 取 す る こ とが 筋 肉づ く りに 最 も効 果 的 な処 方 で あ る と考 え

ら れ る(図1.12). 引 用 文 1)  Poortmans 2)  Rennie

M

Shepherd

JR

(1988) Protein metabolism.Medicine

(1996)

and Sport Science,27,164-193

Influence of exercise on protein and amino

JT eds. Handbook

of Physiology,

Multiple Systems, Oxford University Press, New 3)  Shimomura

献

Section

acid metabolism.

12:Exercise:Regulation

In: Rowell LB and Integration

and of

York,996-1035

Y, et al. (1990) Activation of branched-chain

α-keto acid dehydrogenase

complex

by

exercise:effect of high-fat diet intake.J Appl Physiol,68,161-165 4)  Xu M, et al. (2001) by exercise. Biochem

Mechanism

of activation of branched-chain

Biophys Res Commun,287,752-756

α-keto acid dehydrogenase

complex

5)  Ahlborg

G,et

al.(1974)Substrate

turnover

during

prolonged

exercise

in man.J

a solution

of branched-chain

Clin Invest,53,1080-

1090 6) 

Blomstrand ceived

E,et

exertion

al.(1997)Influence during

7)  Wurtman

RJ(1983)Behavioural

8) 

DA,et

MacLean

ating protein 9) 

Shimomura

of ingesting

exercise.Acta

Physiol

Y,et

acids

on

per

while

attenu

effects of nutrients.Lancet,1145-1147

al.(1994)Branched-chain

breakdown

amino

Scand,159,41-49

during

amino

exercise.Am

al.(2006)Nutraceutical

acids

augment

ammonia

metabolism

J Physiol,267,E1010-E1022 effects of branched-chain

amino

acids on

skeletal

muscle.J

Nutr,136,529S-532S 10) 

Okamura

K,et

ery on protein 11) 

Levenhagen

DK,et

leg glucose 12) 

Esmarck with

and B,et

resistance

13)  Tipton muscle

al.(1997)Effect kinetics

KD,et

of amino

in dogs.Am

al.(2001)Postexercise

protein

homeostasis.Am

al.(2001)Timing training

exercise.

nutrient

of postexercise

of amino Am

glucose

administration

during

postexercise

recov

intake

timing

in humans

is critical to recovery

of

J Physiol,280,E982-E993

in elderly humans.J

al.(2001)Timing

to resistance

acid and

J Physiol,272,E1023-E1030

protein

intake

is important

for muscle

hypertrophy

Physiol,535,301-311 acid-carbohydrate

J Physiol,281,E197-E206

ingestion

alters anabolic

response

of

2.運

動 と筋 肉へ の糖吸収機 構

  2.1  運 動 時 の 骨 格 筋 エ ネ ル ギ ー 産 生 に お け る糖 代 謝 の 役 割   運 動 す な わ ち 骨 格 筋 の 収 縮 ・弛 緩 の 繰 り返 し に は,ア (adenosine のATPを

5′-triphosphate,ATP)が 消 費 す る こ と に な る.筋

デ ノ シ ン 三 リ ン酸

必 要 で あ り,運 動 時 に は安 静 時 よ り も大 量 肉 の収 縮 ・弛 緩 とい っ た 機械 的 な動 きは,筋

細 胞 中 の ミ オ シ ンATPaseがATPをADPに

分解 す る こ とで 起 こ る.ま た,筋 収

縮 に先 立 っ て 筋 小 胞 体 に 蓄 え られ て い たCa2+は 細 胞 質 に 放 出 さ れ る.こ のCa2+ を,筋

小 胞 体 へ 再 吸 収 す る過 程 に もATPは

胞 で は,消 費 したATPを

利 用 さ れ る.運 動 中 や 運 動 後 の 筋 細

補 充 す る た め 糖(主

酸)・ ア ミノ 酸 を原 料 と してATPを

に グ ル コ ー ス)・ 脂 質(主

産 生 す る 機 構 が 活 性 化 す る.

  グ ル コー ス ・脂 肪 酸 ・ア ミ ノ酸 か ら,ATPを よ うに な る.グ

に脂肪

産 生 す る 経 路 は お お よそ 図2.1の

ル コ ー ス は,細 胞 質 に あ る解 糖 系 を経 る こ とでATPやNADHを

産 生 す る.解 糖 系 の 代 謝 産 物 で あ る ピ ル ビ ン酸 は ミ トコ ン ドリ ア 内 に あ るTCA 回 路 に 入 っ て さ ら に代 謝 さ れ る.こ 肪 酸 や ア ミノ酸 の代 謝 産 物 もTCA回 成 す る.こ のNADH,FADH2の

の と きNADH,FADH2が

合 成 され る.こ

化 的 リン 酸 化(oxidative 代 謝 で は ス ク シ ニ ルCoAか を 介 す る こ とで もATPは

濃度勾

成 酵 素 を通 過 して 戻 る と き,

のNADH,FADH2か

phosphorylation)と

生

トコ ン ド リア 内 に あ る 電 子 伝 達

トコ ン ドリ ア の 内 膜 を は さん でH+の

配 が で き る.内 膜 の外 部 か ら内 部 へ とH+がATP合 こ れ と共 役 してATPが

た,脂

路 で さ ら に代 謝 され,NADH,FADH2を

もつ 電 子 が,ミ

系 を経 て 酸 素 に 渡 さ れ る 過 程 で,ミ

生 成 す る.ま

い う.さ

ら のATP合 ら に,TCA回

ら コハ ク酸 を生 成 す る過 程 でGTPが

成 を酸

路 にお ける

生 成 さ れ,こ

れ

生 成 す る.

  通 常 の 運 動 で は 主 に糖 ・脂 質 がATP合

成 に用 い られ,ア

ミノ酸 の 占 め る割 合

は 少 な い と考 え られ て い る.安 静 時 や 低 強 度 の 運 動 で はATPの

産 生 に糖 ・脂 質

図2.1  ATPの

産生経路

が 利 用 され,運 動 強 度 の増 大 と と もに糖 の 占 め る割 合 が増 大 す る.運 動 開 始 か ら の 数 分 間 あ る い は 激 しい 運 動 で は,嫌 気 的代 謝 に よ るATP合

成 の 占め る 割 合 が

多 い.運 動 時 間 が 長 く な る に つ れ,好

成 の 割 合 が増 大 す

気 的代 謝 に よ るATP合

る.   グ ル コ ー ス か ら も脂 肪 酸 か ら も酸 化 的 リ ン酸 化 を 介 してATPが グ ル コ ー ス か らは 解 糖 を 介 して もATPが

産 生 さ れ,こ

合 成 さ れ る た め 基 質準 位 の リ ン酸 化(substrate-level れ る.解 糖 に よるATP産 コ ー ス を基 質 と してATP産 と(2)酸

れ は 基 質 か ら直 接ATPが phosphorylation)と

生 は酸 化 的 リ ン酸 化 に よ るATP産 生 す る こ との 特 徴 は,解

産 生 され る.

も呼 ば

生 よ り も速 い.グ

糖 系 の(1)速

いATP産

ル 生

素 を 必 要 と しな い 点 に あ る.

  収 縮 した骨 格 筋 で利 用 さ れ る グ ル コー ス の 由 来 は,肝 臓 か ら血 流 を介 して 骨 格 筋 へ と供 給 され た もの や,筋 細 胞 内 にあ る グ ル コー ス の貯 蔵 形 態 で あ る グ リ コ ー ゲ ンが 分 解 され た もの で あ る.運 動 後 数 時 間 は骨 格 筋 の糖 取 り込 み速 度 が 増 大 す る.運 動 に よっ て 減 少 した グ リ コー ゲ ン は こ の と き骨 格 筋 に再 蓄 積 さ れ る.

2.2  GLUT4の

トラ ン ス ロ ケ ー シ ョ ン と 糖 輸 送 促 進

  a.  糖 輸 送 担 体   筋 細 胞 へ の グ ル コ ー ス の 供 給 に 関 して,糖 (glucose transport)と

が 細 胞 膜 を 通 過 す る過 程 を糖 輸 送

い う.グ ル コ ー ス は 低 分 子 で あ るが,親 水 性 で あ る た め疎

水 性 の細 胞 膜 を そ の ま まで は透 過 す る こ とが で きな い.グ る糖 輸 送 担 体(glucose

transporter)を

ル コー ス は細 胞 膜 に あ

介 して細 胞 内 に流 入 す る.筋 細 胞 に 限 ら

ず ほ とん どす べ て の 組 織 で糖 輸 送 担 体 は 発 現 し て お り,構 造 や機 能 か ら二つ の グ ル ー プ に大 別 され る1).   一 つ は,濃

度 勾 配 に 従 っ た糖 輸 送(促

進 拡 散)を

呼 ば れ る タ ンパ ク 質 で あ る.こ れ は 図2.2の にN末

端 やC末

端 が あ る構 造 を して い る.現

行 う糖 輸 送 担 体 でGLUTと

よ うな 細 胞 膜 を12回

貫 通 し細 胞 内

在 同 定 さ れ て い るGLUTを

に示 し た.哺 乳 類 の 骨 格 筋 に はGLUT1,3,4,5,8,10,11,12のmRNAあ

表2.1 るいは タ

ンパ ク質 の 存 在 が 報 告 され て い る.運 動 に よ っ て 骨 格 筋 の糖 輸 送 が 増 大 す る仕 組 み に はGLUT4が

関 与 す る.こ の仕 組 み につ い て は 後 で 詳 し く述 べ る.

  も う一 つ の グ ル ー プ はATPaseを ば れ る.SGLTは

有 す るNa+依

存 性 の 糖 輸 送 担 体 でSGLTと

呼

濃 度勾 配 に逆 らっ た 糖 輸 送 を 行 う こ とが で き,小 腸 に お い て 消

化 し た食 物 由 来 の糖 が 吸 収 さ れ る と きや,腎 臓 に お い て 原 尿 中 に排 出 され た 糖 が 再 吸 収 さ れ る と き に関 与 す る.   b.  GLUT4の

トラ ン ス ロ ケ ー シ ョ ン

  運 動 は,筋 細 胞 の糖 輸 送 速 度 を増 大 させ る.こ れ に はGLUT4が

関係 す る こ と

が わ か っ て い る.基 礎 状 態 に お い て 大 部 分 のGLUT4はGLUT4小

胞(GLUT4-

containing vesicle)と

して細 胞 内 部 に存 在 し糖 輸 送 に は 関 与 しな い.筋 肉 が 収 縮

図2.2  細 胞 膜 中のGLUTの

概観

表2.1 

(引用 文献1よ

GLUTフ

ァ ミ リー の 特 徴

り改 変)

し た りイ ンス リ ンの 刺 激 を 受 け た りす る と,GLUT4は い はT管)へ tion)と

移 動 す る.こ のGLUT4の

い う.細 胞 表 面 上 のGLUT4が

細 胞 表 面(筋

細 胞膜 あ る

移 動 を トラ ン ス ロケ ー シ ョ ン(transloca増 加 す る こ とで,よ

り多 くの グ ル コ ー ス

が 間質 か ら細 胞 内 に流 入 す る(図2.3).   筋 収 縮 や イ ンス リ ンな どの 刺 激 を受 け た 骨 格 筋 で 糖 輸 送 速 度 が 増 大 す る主 な 理 由 は,細 胞 膜 上 のGLUT4分

子 数 が 増 加 して 最 大 輸 送 速 度(Vmax)が

とで あ る.糖 輸 送 速 度 の 増 大 に はGLUT4そ

増加 す る こ

の もの の 構 造 が 変 化 し て,GLUT4

1

分 子 当 た りの 輸 送 速 度 の亢 進(輸 送 比 活 性 の 亢 進)が 寄 与 す る可 能 性 も考 え られ る.し

か し,ラ

ッ ト骨 格 筋 を用 い た 研 究 か ら,細 胞 表 面 のGLUT4分

送 速 度 は 緊密 に 相 関 す る こ とや2),グ

子 数 と糖 輸

ル コ ー ス に対 す る基 質 親 和 性(Km)は

変化

しな い こ とか ら3,4),仮に輸 送 比 活 性 の 亢 進 が 生 じて い る と して もそ の役 割 は大 き くな い も の と考 え られ る.   活 動 筋 で は筋 血 流 が 増 加 して,筋 細 胞 へ の酸 素 や エ ネ ル ギ ー基 質 の 供 給 が 促 進 さ れ る.酸 素 に 関 して は,血 液 中 か ら筋 組 織 へ の 拡 散 に よ っ て酸 素 供 給 が 行 わ れ る た め,血 流 は きわ め て重 要 な 役 割 を 有 す る.一 方,骨 格 筋 が グ ル コ ー ス を 代 謝

図2.3  IRS:イ

骨 格 筋 のGLUT4ト

ン ス リ ン 受 容 体 基 質(insulin

protein

kinase,

kinase,

AMPKK:AMPK

Cr:ク

レ ア チ ン,

ラ ンス ロ ケ ー シ ョ ン機 構

receptor CrP:ク

substrate),CaMK:Ca2+/calmodulin-dependent

レ ア チ ン リ ン 酸,

AMPK:5′-AMP-activated

protein

kinase

し利 用 す る 場 合,虚

血 や 阻血 の な い 通 常 の状 況 で は血 流 が 制 限 因子 とは な らず,

グ ル コー ス が 細 胞 膜 を通 過 して 細 胞 内 に取 り込 まれ る 糖 輸 送 過 程 が 律 速 段 階 と な る と考 え られ て い る5,6).   筋 収 縮 に伴 う糖 輸 送 速 度 の 増 大 は 収 縮 終 了 後 も数 時 間 持 続 す る.こ れ まで に詳 細 な 検 討 は行 わ れ て い な い が,収 縮 の 強 度 や 時 間 に よ っ て,糖 輸 送 の持 続 時 間や 程 度 が 規 定 され る こ とが 予 想 さ れ る.筆 者 らが,単 離 した ラ ッ ト骨 格 筋 を用 い て 行 っ た 検 討 で は,緩 52%の

衝 液 中 で10分

間 の 電 気 刺 激 に よ る筋 収 縮 終 了60分

後 に,

糖 輸 送 活 性 の残 存 を認 め て い る7).

  2.3  筋 収 縮 が 糖 輸 送 を 促 進 す る メ カ ニ ズ ム   a.  筋 収 縮 は筋 細 胞 内 の代 謝 変 化 を感 知 して 糖 輸 送 を促 進 す る   運 動 を行 っ た と き,糖 輸 送 が促 進 す る の は実 際 に収 縮 を行 っ た筋 で あ る.収 縮 して い な い筋(非

活 動 筋)で

は糖 輸 送 速 度 を増 大 させ る こ と は不 要 で あ り,実 際

に糖 輸 送 は促 進 さ れ な い.し

た が っ て,活 動 筋 に の み惹 起 され て,非 活 動 筋 に は

惹 起 され な い 糖 取 り込 み 速 度 増 大 の メ カニ ズ ムが 存 在 す る こ と に な る.筋 の 収 縮

は イ ン ス リ ン な どの 液 性 因 子 や 神 経 性 調 節 を 介 す る こ とな しにGLUT4の

トラ ン

ス ロ ケ ー シ ョ ン を惹 起 す る こ とが で きる.こ れ は 骨 格 筋 を単 離 して 緩 衝 液 中 で 電 気 刺 激 に よ っ て 収 縮 させ る と,筋 が 緩 衝 液 中 の 糖 を 取 り込 む こ とで 確 認 さ れ て い る8).後 述 す る イ ン ス リン 依 存 的 糖 輸 送 促 進 と区 別 さ れ,筋 収 縮 に よ る糖 輸 送 促 進 は イ ン ス リ ン非 依 存 的 糖 輸 送 促 進 と呼 ば れ る.   筋 収 縮 に と も な う筋 細 胞 の変 化 は 多 様 で あ り,収 縮 時 の筋 細 胞 は,細 胞 内 エ ネ ル ギ ー状 態 に 関 連 す る物 質(AMP,ATP,ク ど)やCa2+濃

度,pH,酸

レ ア チ ン リ ン酸 ,グ

化 還 元 状 態 の 変 化,細

リ コー ゲ ン な

胞 壁 や 細 胞 骨 格 の 収 縮 と伸 張 な

ど多 様 な代 謝 的,機 械 的刺 激 に さ ら され て い る.こ れ らの い ず れ もがGLUT4の トラ ンス ロ ケ ー シ ョ ンを 生 じ る細 胞 内 シグ ナ ル伝 達 カス ケ ー ドの 起 点 と な る 可 能 性 が あ り,こ れ ま で に 多 くの 仮 説 が 提 唱 され て き た.こ な,細

胞 内 の エ ネ ル ギ ー状 態 の 変 化 やCa2+濃

こ で は,現

時点 で有力

度 の 変 化 を起 点 とす る カ ス ケ ー ド

お よ び,最 近 報 告 され た酸 化 還 元 状 態 の 関与 につ い て紹 介 す る.   b.  エ ネ ル ギ ー状 態 の 変 化 と糖 輸 送 促 進  1)  エ ネ ル ギ ー 状 態 の低 下 と5′-AMP-activated 動 に よ っ て 消 費 され たATPはADPと late kinase)に

よ っ てAMPへ

示 した.ATPや

運

な り,こ れ が ア デ ニル 酸 キ ナ ー ゼ(adeny

と変 え られ る.ま

生 に ク レ ア チ ン リ ン酸 が 使 用 され,ク

protein kinase活 性 化  

た,運 動 初 期 に は迅 速 なATP再

レア チ ンが 生 成 す る.こ の 様 子 を 図2 .4に

ク レア チ ン リ ン酸 の 減 少,AMPや

ク レ ア チ ンの 増 大 は,エ

ギ ー 状 態 低 下 の指 標 と な る.

図2.4  筋 収 縮 は高 エ ネ ル ギ ー リ ン酸 化 合 物 を消 費す る

ネル

  筋 収 縮 が 引 き 起 こ す 糖 輸 送 の 促 進 はATPや す る9)こ と か ら,筋

細胞 の

ク レ ア チ ン リ ン酸 の 減 少 量 と 相 関

「エ ネ ル ギ ー セ ン サ ー 」 と し て 働 く分 子 が 糖 輸 送 速 度

の 増 強 に 関 与 す る こ とが 想 定 さ れ て い た.こ を 備 え て い る 分 子 と し て5′-AMP-activated

の エ ネ ル ギ ー セ ンサ ー と して の性 質 protein kinase(AMPK)が

注 目 さ れ,

多 く の 研 究 者 に よ っ て 筋 収 縮 に よ る 糖 輸 送 促 進 と の 関 与 が 示 さ れ て き た.   AMPKは

そ の 名 称 の 由 来 と な っ たAMPに

少 の 指 標 で あ るAMP:ATP比

の 上 昇,ク

と も な っ て 活 性 化 さ れ る10).AMPの 性 化 す る.さ

る 構 造 変 化 は 直 接AMPKを く し,脱

結 合 は ア ロ ス テ リ ッ ク な 作 用 でAMPKを kinase(AMPKK)に

リ ン 酸 化 に よ っ て もAMPKは

解 離 す る こ と でAMPK活

ネ ル ギ ー減

レ ア チ ン:ク レ ア チ ン リ ン酸 比 の 上 昇 に

ら に 上 流 分 子 で あ るAMPK

ッ ト(Thr172)の やAMPが

よ っ て だ け で は な く,エ

活

よる αサブユ ニ

活 性 化 す る11).逆

性 は 低 下 す る.AMPが

に,脱

リ ン酸 化

結 合 す る こ とで 生 じ

活 性 化 す る だ け で な く,AMPKを

リ ン酸 化 さ れ や す

リ ン 酸 化 さ れ に く くす る.

  一 般 的 に,AMPKの

活 性 化 と 糖 輸 送 促 進 に は 強 い 関 連 が 認 め ら れ る.AMPK

活 性 化 剤 で あ る5-aminoimidazole-4-carboxamide-1-β-D-ribonucleoside (AICAR)を GLUT4量

ラ ッ ト骨 格 筋 に 作 用 さ せ る とAMPK活 が 増 加 し,糖

い 強 度,長 し,こ

性 化 とと もに細 胞膜 上 の

輸 送 が 促 進 す る12,13).ま た,ラ

ッ ト骨 格 筋 の 検 討 で,高

時 間 の 運 動 や 高 い 張 力 を 発 揮 す る 運 動 ほ どAMPKが

の 活 性 化 と と も に 糖 輸 送 が 促 進 す る7,14).逆 に,ラ

十 分 な 食 事 を 与 え,グ supercompensated 制 さ れ る15).ま

ッ トを 運 動 させ た 後 に

リ コ ー ゲ ン を 前 値 以 上 に 蓄 積 さ せ た 骨 格 筋(glycogen-

muscle)で た,筋

は,筋

収 縮 に よ るAMPK活

収 縮 以 外 に も,低

酸 素,浸

性 化 と糖 輸 送 促 進 が 抑

透 圧,酸

化 的 リ ン酸化 阻害 剤 な

ど に よ っ て 筋 細 胞 の エ ネ ル ギ ー 状 態 を 低 下 さ せ て も,AMPK活 輸 送 促 進 が 観 察 さ れ る16).さ のAMPK活

ら に,kinase-dead

AMPKは

強 制 発 現 させ て 骨 格 筋

格 筋 に は α サ ブ ユ ニ ッ トが2種

久 運 動 レベ ル の 運 動(50∼70%Vo2max)を60分

むAMPK(AMPKα2)の

収 縮 に よ

抑 制 さ れ る17).

α ・β ・γ サ ブ ユ ニ ッ トか ら な る 三 量 体 で,そ

ニ ッ トに 存 在 す る.骨 る.持

AMPKを

性 化 と と も に糖

性 を 抑 制 し た ト ラ ン ス ジ ェ ニ ッ ク マ ウ ス の 骨 格 筋 で は,筋

る 糖 輸 送 促 進 が 対 照 マ ウ ス の60∼70%に  

よ り 強 く活 性 化

み が 活 性 化 さ れ る が18),自

の触 媒 部 位 は αサ ブユ

類(α1,α2)発

現 して い

間 行 っ た 場 合 で は α2を 含 転 車 運 動 を30秒

間全 力 で 行

っ た 場 合 α1を 含 むAMPK(AMPKα1)が と か ら,AMPKは

あ わ せ て 活 性 化 さ れ る19).こ

運 動 強 度 の 増 加 に 伴 っ て ま ずAMPKα2が

上 が る とAMPKα1も

く,AMP濃

活 性 化 さ れ,強

活 性 化 さ れ る と考 え ら れ て い る.AMPKα2を

化 さ せ る 機 序 の 一 つ と し て,AMPKα2はAMPKα1に

比 べ てAMP依

は 異 な る 性 質 が 観 察 さ れ て い る が,薬

度が

優 先 的 に活 性 存性 が大 き

度 の 上 昇 に 鋭 敏 に 応 答 す る こ と が 考 え ら れ て い る20).こ

AMPKα1とAMPKα2で

れ らの こ

の よ うに

理刺激 や遺伝子操

作 に よ っ て 片 方 の ア イ ソ フ ォ ー ム の み が 活 性 化 す る 条 件 を 用 い た 検 討 か ら7,21∼24), い ず れ の ア イ ソ フ ォ ー ム も 糖 輸 送 促 進 に 関 与 す る こ と が 示 唆 さ れ て い る.   2)  AMPKの

上流

が 示 唆 さ れ て い る.運 る.LKB1遺

  AMPKの

上 流 で あ るAMPKKは

複数種 類存在 す るこ と

動 時 の 糖 輸 送 促 進 と 関 連 が 深 い も の にLKB1複

伝 子 はSTK11と

も い い,も

と も とPeutz-Jeghers症

合体 が あ

候群 におい てそ

の 変 異 が 発 見 さ れ て い た こ と か ら 癌 抑 制 遺 伝 子 と 考 え ら れ て い た.LKB1遺 の 変 異 を も つPeutz-Jeghers症 あ る.し

か し,ラ

候 群 の 症 状 はAMPKの

機 能 と無 関係 な表 現 型 で

ッ ト肝 臓 か ら 精 製 し たAMPKKの

解 析 か ら,LKB1がAMPKK

で あ る こ と が 明 ら か に な っ た25).LKB1もAMPKと ニ ン(Thr)キ

ナ ー ゼ で あ り,三

tor protein)とMO25(mouse せ26),LKB1を

伝子

同 様 に セ リ ン(Ser)・

ス レオ

量 体 を 形 成 す る.STRAD(Ste20-related

protein 25)と

の 複 合 体 形 成 はLKB1活

細 胞 質 内 へ 局 在 化 さ せ る27).LKB1複

adap 性 を増 大 さ

合 体 は 常 に 活 性 型 で あ り,

骨 格 筋 が 収 縮 し た と き に 活 性 が 増 加 す る わ け で は な い と 考 え ら れ て い る28).筋 収 縮 時 にLKB1の AMPK自

作 用 に よ っ て よ り多 く のAMPKが

身 の 構 造 変 化 に よ る もの と推 察 さ れ て い る28).筋

AMPがAMPKと

結 合 す る こ と で,AMPKが

は 細 胞 内 で リ ン 酸 化 さ れ てAMPの と 考 え ら れ て い る.LKB1を AICAR刺

リ ン 酸 化 さ れ 活 性 化 す る の は,

のLKB1を

リ ン 酸 化 さ れ や す く な る.AICAR

類 似 物 質 と な る こ と でAMPKを

有 し な い 細 胞 へLKB1を

激 に 応 答 し てAMPKが 欠 失 し た マ ウ ス で は,筋

収 縮 に よっ て 増 大 した

導 入 す る こ と に よ っ て,

リ ン 酸 化 さ れ る よ う に な る25).さ 収 縮 やAICARに

活性 化す る

よ るAMPKの

らに 骨 格 筋 中 活性化が抑 制

さ れ る29).   筋 収 縮 時 の 糖 輸 送 促 進 へ の 関 与 は 不 明 で あ る が,別 calmodulin-dependent AMPKの

protein

kinase

酵 母 に お け る ホ モ ロ グ で あ るSNF1を

のAMPKKと

kinase(CaMKK)が

し てCa2+/ あ る.ま

ず,

リ ン 酸 化 す る 酵 素 と し てPaklp,

Tos3pやElmlpが

同 定 さ れ た.こ

れ らの 哺 乳 類 に お け る ホ モ ロ グ の 中 で 最 も配

列 が 類 似 して い る キ ナ ーゼ がCaMKKで い てCaMKKが

精 製 したAMPKを

あ る.1995年

に は,in

し,肝 臓 か ら粗 精 製 され たAMPKK(後

にLKB1と

判 明)がCaM非

り,酵 素 の性 質 が 異 な る こ とか らin vivoのAMPKKで の 後,LKB1を LKB1以

欠 失 し た 細 胞 で もAMPKの

外 のAMPKKの

り,Ca2+やcalmodulin依

依 存的 であ

は な い とさ れ て い た.そ

リ ン酸 化 が 引 き起 こ され る こ と か ら

存 在 が 示 唆 さ れ,2005年

こ とが 示 さ れ た31).CaMKKに

vitroの 検 討 に お

リ ン酸 化 す る こ とが 確 認 さ れ て い た30).し か

よ るAMPKの

に な っ て 再 びAMPKKで

リ ン酸 化 はAMP非

ある

依 存 的に起 こ

存 的 で あ る こ とか ら32),次 に 紹 介 す る カ ル シ ウ ム シ グ

ナ ル との ク ロ ス リ ン クが 予 想 され る.   c.  カ ル シ ウ ム 濃 度 の 変 化 と糖 輸 送 促 進   1)  筋 収 縮 ‐弛 緩 サ イ ク ル と細 胞 内 の カル シ ウ ム 濃 度

  筋 収 縮 は神 経 か らの

興 奮 が 筋 細 胞 膜 の脱 分 極 を 引 き起 こす こ とか ら始 ま る.細 胞 膜 の興 奮 は 横 行 小 管 (transverse tubule,T管)を

経 由 して 筋 細 胞 の 細 胞 質 に存 在 す る筋 小 胞 体(sar

coplasmic

伝 達 され る.SRに

reticulum,SR)に

はCa2+が

蓄 え られ てお り,興 奮

が 伝 わ る とCa2+を 細 胞 質 内 に放 出 す る.細 胞 質 内Ca2+濃

度 の 上 昇 は トロ ポ ミオ

シ ン上 に あ る トロ ポ ミ ンに 結 合 し,結 果 と して トロ ポ ミ ン の構 造 を変 化 させ る. も と も と トロ ポ ミ ン は ア クチ ン-ミ オ シ ンの 結 合 を抑 制 して い る が,ト の 構 造 が 変 化 す る こ とで 抑 制 が 解 除 され,ア

クチ ンーミ オ シ ン の 結 合 が 開 始,す

な わ ち筋 収 縮 が 開 始 す る.こ の よ う に,筋 収 縮 は筋 細 胞 内 のCa2+濃 よ っ て 起 こ る.SRに た め,細

あ るCa2+-ATPaseは

常 に,Ca2+をSRに

胞 内 に 広 が っ たCa2+は や が てSRに

ロポ ミン

度 の上 昇 に

能 動 輸 送 して い る

回収 さ れ る.

  2)  カ ル シ ウ ム 濃 度 の 変 化 に よ る糖 輸 送 促 進 の メ カ ニ ズ ム

  前 述 した よ う に

筋 収 縮 ‐弛 緩 サ イ ク ル に お い て細 胞 内 カ ル シ ウ ム 濃 度 は ダ イ ナ ミ ッ ク に変 化 す る た め,こ

れ が 筋 収 縮 に よ る糖 輸 送 促 進 の 起 点 で あ る 可 能 性 は 古 くか ら検 討 され て

きた.筋

小 胞 体 か らのCa2+の

を用 い て,ラ

放 出 を 誘 導 す る 薬 物W-7や

ッ ト骨 格 筋 の 細 胞 内Ca2+の

カ フ ェ イ ン(caffeine)

増 加 を生 じ させ る と,そ れ に 伴 っ て 糖

輸 送 速 度 が 増 大 す る33).さ ら に,W-7に

よ る糖 輸 送 促 進 は,筋

Ca2+放 出 を 阻 害 す る薬 剤 で あ るdantroleneや9-aminoacridineに る33).ま た,AMPK活

性 化 剤 で あ るAICARと

小 胞 体 か らの よ っ て抑 制 され

カ フ ェ イ ンで 同 時 に 筋 を刺 激 した

場 合,そ

れ ぞ れ の 単 独 刺 激 よ りも糖 輸 送 速 度 が 増 大 す る(加 算 効 果)34).こ れ ら

の こ と は糖 輸 送 促 進 に 関 与 す る 経 路 と して,AMPKを

介 す る経 路 以 外 にCa2+を

介 した経 路 が 存 在 す る こ と を示 唆 す る.   Ca2+濃 度 変 化 を 感 知 し て 糖 輸 送 促 進 を 誘 導 す る 分 子 メ カ ニ ズ ム に 関 し て, Ca2+感 受 性protein し な が ら,PKC阻

kinase

C(PKC)の

関与 の 可 能 性 が 検 討 され て きた.し

害 剤 の 種 類 に よ っ て 得 られ る 結 果 が 異 な る な ど14)確立 し た 見

解 は得 られ て い な い.一 方,近 年,Ca2+/calmodulin-dependent Ⅱ(CaMK で,KN62が

か

Ⅱ)が 注 目 さ れ る よ う に な り,CaMK阻 イ ンス リ ンやAICARに

protein kinase

害 剤(KN62)を

用 いた検 討

よ る骨 格 筋 糖 輸 送 を阻 害 し な い 条 件 で,カ

フ ェ イ ン に よ る糖 輸 送 を完 全 に抑 制 す る こ とや 筋 収 縮 に よ る糖 輸 送 も約50%抑 制 す る こ とが 報 告 さ れ て お り34),CaMKを

介 した 経 路 の 関 与 が 示 唆 され る.

  d.  細胞 以 内 の 酸 化 還 元 状 態 の 変 化 と糖 輸 送促 進   1)  酸 化 ス トレス とは (活 性 酸 素 種,活

  運 動 時 に 限 らず 安 静 時 に お い て も筋 細 胞 は 酸 化 物 質

性 窒 素 種)を

生 成 す る が(表2.2),安

静 時は 内因性の抗 酸化 物

質 に よっ て 酸 化 還 元 状 態 が 維 持 さ れ て い る.筋 収 縮 は酸 化 物 質 の 生 成 を促 進 し, 酸 化 反 応 を促 進 す る物 質(prooxidant)と

抗 酸 化 物 質 の バ ラ ンス を酸 化 側 へ と傾

け る.こ れ を酸 化 ス トレス と い う35).   ミ トコ ン ド リア の電 子伝 達 系 は 酸 化 物 質 の 主 要 な発 生 源 で あ る と考 え ら れ て い る36).酸 素 が 使 わ れ る 際,一 部 の 酸 素 は 反 応 の 途 中 で 反 応 複 合 体 か ら放 出 さ れ る (図2.5).こ

の と き,酸 素 はス ー パ ー オ キ シ ドア ニ オ ン(O2・-)の

これ は 強 力 な酸 化 物 質 で あ る.前 述 の とお り筋 収 縮 は多 くのATPを 表2.2 活性酸素種と活性窒素種

形 を して お り, 消 費 しADP

図2.5  ミ トコ ン ドリ ア の 呼 吸鎖 に お け る 電 子伝 達 体 の 配 列 とス ー パ ー オ キ サ イ ドの 生 成

を 産 生 す る.酸 化 的 リ ン酸 化 に よ るATP産 る.こ

れ を呼 吸 調 節(respiratory

生 速 度 はADP濃

control)と

度 によって調節 され

い い,ADP濃

度 の増 大 は酸 化 的 リ

ン酸 化 を促 進 す る.こ の ため 筋 収 縮 は酸 化 的 リ ン酸 化 の速 度 を増 大,つ

ま り電 子

を供 与 さ れ る 酸 素 の 量 を増 大 さ せ,結 果 と してO2・-の 生 成 量 を増 大 させ る37).ま た,骨 格 筋 に は 他 の 活 性 酸 素 種 発 生 源 と して 細 胞 質 のNAD(P)H

oxidase38),細

胞 内 に浸 潤 して くる 食 細 胞 や39),キ サ ンチ ン オ キ シ ダー ゼ を有 す る上 皮 組 織 な ど が 考 え ら れ て い る40).骨 格 筋 に は2種 ronal NOS,endothelial る ため,こ

NOS)が

類 の 一 酸 化 窒 素(NO)合

成 酵 素(neu

発 現 して お り,運 動 時 に はNOの

産 生が増大す

れ も活 性 窒 素 種 と して 酸 化 ス トレス に関 与 す る とい え る41).

  2)  酸 化 ス トレ ス に よ る骨 格 筋 糖 輸 送 促 進

  骨 格 筋 は,収 縮 が起 こ る た び に

酸 化 物 質 の 生 成 を促 進 し て酸 化 還 元 状 態 のバ ラ ンス を変 化 させ る た め,こ の 変 化 を シ グ ナ ル と し て利 用 す る 組 織 と考 え られ る.ま

た,酸 化 物 質 はATPの

産生機

構 か ら発 生 す る た め,酸 化 ス トレス はエ ネ ル ギ ー 代 謝 を調 節 す る と考 え られ る.   1990年 に はH2O2を

含 む 緩 衝 液 中 で,ラ

ッ ト単 離 骨 格 筋 を処 理 す る と筋 の 糖 輸

送 速 度 が 増 大 す る こ とが 報 告 さ れ た42).こ の と きH2O2は

イ ンス リ ン様 の 作 用 を

もつ と だ け 考 え られ て お り,糖 輸 送 促 進 の 機 序 は 検 討 さ れ て い な か っ た.そ 後,活

性 窒 素 種 で あ るNOを

prusside(SNP)も H2O2に

供 給 す る 試 薬(NO

donor)で

あ るsodium

の

nitro

単 離 骨 格 筋 の糖 輸 送 を促 進 す る こ とが 報 告 さ れ た22).ま た,

よ る糖 輸 送 促 進 は抗 酸 化 剤 で あ るN-ア

セ チ ル シ ス テ イ ン に よ って 抑 制 さ

れ た23).こ れ ら の報 告 は酸 化 ス トレ ス が 骨 格 筋 に お い て 糖 輸 送 を促 進 す る こ と を

示 唆 す る.   酸 化 ス トレス に よ る糖 輸 送 促 進 に はAMPKが い る.SNPやH2O2はAMPKα1を

下 を伴 っ て い な い22,23).一方,AMPKα2は ス は 細 胞 内AMP量 AMPKを

関 与 して い る こ とが 示 唆 さ れ て

活 性 化 し,こ の 活 性 化 は エ ネ ル ギ ー状 態 の低

の 増 大,す

活 性 化 され ない こ とか ら,酸 化 ス トレ

な わ ち エ ネ ル ギ ー 状 態 の 低 下 とは 異 な る経 路 で

活 性 化 す る と考 え ら れ る.何

が 酸 化 ス トレ ス を感 知 し て い るか は 明 ら

か で は な い が,酸 化 ス トレス に よ るAMPKα1の 化 を 伴 う こ と か ら,AMPKα1の

活 性 化 はAMPKKに

よ る リ ン酸

上 流 に は 酸 化 ス トレス セ ンサ ー が 存 在 す る こ と

が 示 唆 され る.

  2.4  運 動 に よ る イ ン ス リ ン 感 受 性(イ

ン ス リ ン 依 存 性 糖 輸 送)の

亢進

  a.  イ ン ス リン に よ る糖 輸 送 促 進   イ ン ス リ ン は〓 臓 のB細 チ ド(A鎖,B鎖)が ず,プ

胞 で 産 生 され るペ プ チ ドホ ル モ ンで あ る.2本

二 硫 化 結 合(S-S結

合)で

つ な が っ た構 造 を して い る.ま

レプ ロ イ ンス リ ンが つ く られ,小 胞 体 へ 移 動 す る と きに,ペ

が 切 り離 され て プ ロ イ ンス リ ンに な る.さ

めCペ

ンス リ ン とCペ

泌 顆 粒 中 に は イ ン ス リ ン とCペ

プ チ ドは 同 時 に 放 出 され る.こ

プ チ ドは 内 因 性 の イ ンス リ ン濃 度 の 指 標 と な る.血

ス リ ン は ヒ トで は約5分 (Tyr)キ

で 半 減 す る.イ

ナ ー ゼ で あ り,α

プ チ ドの 一 部

らに 分泌 顆 粒 に て プ ロ イ ンス リ ンか ら

Cペ プ チ ドが 切 り離 さ れ イ ンス リ ンに な る.分 プ チ ドが 等 し く存 在 し,イ

のペ プ

のた

中 に放 出 さ れ た イ ン

ン ス リ ン受 容 体 は 膜 貫 通 型 チ ロ シ ン

と β の サ ブ ユ ニ ッ トか らな る ヘ テ ロ 四 量 体 で あ る.

イ ンス リ ン受 容 体 に結 合 した イ ンス リ ンは 受 容 体 ご と細 胞 質 内 に 入 り込 み,イ

ン

ス リ ンプ ロ テ ア ー ゼ に よっ て分 解 され る.イ

ンス リ ン受 容 体 は 全 身 に普 遍 的 に存

在 す るが,分

肝 臓 や 腎 臓 で分 解 され る.

泌 され た イ ンス リ ンの 約80%は

  イ ンス リ ン の生 理 作 用 は臓 器(脂 な るが,こ

れ を列 挙 す る と,糖

合 成 の 促 進,タ 化,グ

の他)に

よ って 異

・ア ミノ酸 ・K+の 取 り込 み の促 進,タ

肪 組 織,骨

格 筋,肝 臓,そ

ンパ ク 質

ンパ ク質 分 解 の抑 制,解 糖 系 酵 素 ・グ リ コ ー ゲ ン合 成酵 素 の 活 性

リ コ ー ゲ ン ホ ス ホ リ ラ ー ゼ や 糖 新 生 酵 素 の 抑 制,脂

合 成 の 促 進 な どが あ げ られ る.骨 格 筋 に お け る 作 用 は,糖

質 合 成 酵 素 のmRNA

K+・ ケ トン体 の 取 り込 み促 進,グ

輸 送 ・ア ミ ノ 酸 ・

リ コ ー ゲ ン合 成 ・タ ンパ ク 質 合 成 の 促 進,タ

ンパ ク質 分 解 の 抑 制 が あ げ られ る.   イ ンス リ ン依 存 的糖 輸 送 促 進 の シ グ ナ ル は次 の よ うに伝 わ る(図2.3).イ リ ンが イ ンス リ ン受 容 体 の 細 胞 外 の 部 位 に結 合 す る と,イ 質 側 にあ るTyrキ

ンス

ンス リ ン受 容 体 の 細 胞

ナ ー ゼ が 活 性 化 す る.活 性 化 した 受 容 体 は 自身 のTyr残

基を

リ ン酸 化 し さ ら に活 性 化 す る.こ の よ う に して活 性 化 し た イ ンス リ ン受 容 体 は イ ン ス リン 受 容 体 基 質1(IRS-1)を

リ ン酸 化 す る.リ

ナ ー ゼ(phosphatidyl-inositol-3′-kinase)が る.PI3キ

ン酸 化 したIRS-1にPI3キ

結 合 して,PI3キ

ナーゼが活性 化す

ナ ー ゼ 以 後 の 経 路 は明 らか で は な い が,細 胞 膜 を構 成 す る リ ン脂 質 か

ら のphosphatidyl-inositol-3′,4′,5′-triphosphateの生 成,PDK(3′-phosphoinositide-dependent

kinase)の

活 性 化,Aktの

活 性 化 とい う経 路 が 考 え られ て い る.

イ ンス リ ン刺 激 は 最 終 的 に は細 胞 膜 上 のGLUT4量

を増 大 させ,糖

輸 送 を促 進 す

る.   b.  運 動 と イ ン ス リ ン感 受 性   筋 収 縮 は イ ン ス リ ン非 依 存 的 に 糖 輸 送 を促 進 す る だ け で な く,さ ら に イ ン ス リ ン依 存 的 な糖 輸 送 促 進 を増 強 す る(イ ス リ ン感 受 性 と は,あ す43).ま た,イ う.ヒ

ン ス リ ン感 受 性 の 亢 進)作

用 が あ る.イ

ン

る濃 度 の イ ン ス リ ンが 引 き起 こ す 生 理 作 用 の 程 度 を 表

ンス リ ン に よ る 生 理 作 用 の 最 大 値 を特 に イ ンス リ ン 反 応 性 とい

トの イ ンス リ ン感 受 性 の 評 価 方 法 は 多種 多 様 で あ る.た

とえ ば,全

イ ンス リ ン状 態 に お い た と きの 糖 取 り込 み 速 度 を評 価 す る 方 法(高 常 血 糖 ク ラ ン プ法),グ ン濃 度 か らの 算 出(ミ

身を高

イ ン ス リ ン正

ル コー ス を静 注 した 際 の グ ル コ ー ス の 消 失 率 と イ ンス リ ニ マ ル モ デ ル法),空

腹 時 血 中 イ ンス リ ン濃 度,経

荷 試験 時 の 血 糖 値 と血 中 イ ンス リ ン値 か ら算 出 した値,イ

口糖 負

ンス リ ン を静 注 した 際

の血 糖 の 低 下 の 仕 方 な どが あ る.ヒ

トに お け る研 究 か ら運 動 に よ る全 身 の イ ンス

リ ン感 受 性 の亢 進 は64%Vo2max,60分

間 程 度 の 有 酸 素 運 動 を行 っ た 後 少 な くと

も2日 間 持 続 す る44).   単 離 骨 格 筋 の糖輸 送 に 関 し て,イ よる糖 輸 送 で評 価 さ れ る.ラ

ンス リ ン感 受 性 は 最 大 下 の イ ン ス リ ン刺 激 に

ッ トを用 い た 検 討 か ら,イ ンス リ ン感 受 性 の 亢 進 は

運 動 終 了 後 数 時 間 を経 て か ら認 め られ る こ とか ら45),運 動 中 の 骨 格 筋 に お け る糖 輸 送 速 度 増 加 とは 区別 され る.こ の イ ンス リ ン感 受性 の 亢 進 も イ ンス リ ン非 依 存 的糖 輸 送 促 進 と同 様 に,運 動 を行 っ た 筋 に 限 られ る現 象 で あ り,そ の本 態 は イ ン

ス リ ン刺 激 に 対 して よ り多 くのGLUT4が のGLUT4が

トラ ン ス ロケ ー シ ョン して細 胞 表 面 上

増 加 す る こ とで あ る46).し か し な が ら,筋 収 縮 とい う刺 激 が イ ンス

リ ン シ グ ナ ル伝 達 経 路 の どの ポ イ ン トに作 用 して い る の か は明 らか で な い.運 動 後 数 時 間 を経 て イ ンス リ ン感 受 性 亢 進 が 認 め られ る状 況 下 で 採 取 した 骨 格 筋 に お け る検 討 で,イ

ンス リ ン受 容 体 か らAktま

で の シ グ ナ ル が 増 大 され て い な い こ と

(ラ ッ ト46,47),ヒト48,49)),運動 が イ ンス リ ン感 受 性 を亢 進 させ る だ け で な く低 酸 素 やH2O2刺

激 に よ る糖 輸 送 も促 進 す る こ と(ラ ッ ト42))か ら,GLUT4ト

ランス

ロ ケ ー シ ョ ン機 構 そ の もの あ る い は そ の 近 傍 に作 用 す る可 能性 が 考 え られ る .   一 方,ラ

ッ トを実 際 に運 動 させ た場 合 や 麻 酔 下 の ラ ッ トを電 気 刺 激 す る こ とで

筋 収 縮 を起 こ した場 合 と異 な り,骨 格 筋 を単 離 して 電 解 質緩 衝 液 中 で 収 縮 させ る とイ ン ス リ ン感 受 性 の 亢 進 が 起 こ ら な い42).し か し,電 解 質 緩 衝 液 中 に血 清 を添 加 して お く と イ ンス リ ン感 受 性 の 亢 進 が 認 め られ る50).こ の こ とは,筋 収 縮 に よ る イ ンス リ ン感 受 性 亢 進 に,血 清 に含 まれ る何 らか の液 性 因 子 が 関 与 す る可 能性 を示 す.そ

の 因 子 は,ト

ら分 子 量1万

リプ シ ン処 理 に よ っ て失 活 す る こ とや,限 外 濾 過 実 験 か

以 上 の 分 子 が 示 唆 され る こ とか ら,何 らか の タ ンパ ク質 で あ る こ と

が 推 定 さ れ て い る50).ま た,タ

ンパ ク 質 合 成 阻 害 剤 で あ るcycloheximideを

作用

させ て も,筋 収 縮 に よ る イ ンス リ ン感 受 性 は 阻害 され な い こ とか ら,筋 細 胞 内 の タ ンパ ク質 の合 成 は 関 与 して い な い こ とが 示 唆 さ れ る.   運 動 に よ る イ ンス リ ン感 受 性 の 亢 進 は筋 グ リ コ ー ゲ ンが 多 く消 費 され る よ うな 運 動 ほ ど長 時 間持 続 し,運 動 後 の 炭 水 化 物 の 摂 取 に よ って 早 期 に低 下 す る.こ の こ と は グ リ コ ー ゲ ンが イ ンス リ ン感 受 性 の 制 御 に 直接 関 与 す る可 能 性 を示 す.し か し,両 者 は 必 ず し も相 関 せ ず47,51),グ リ コー ゲ ン 自体 が イ ンス リ ン感 受性 制 御 の 中 心 的 役 割 を担 う可 能 性 は否 定 的 で あ る.ま た,グ

リ コー ゲ ン量 と相 関 す る糖

代 謝 産 物 が イ ンス リ ン感 受 性 を規 定 す る 可 能 性 も考 え られ,そ の 観 点 か らUDPN-acetylhexosamineに

関 して の 検 討 が 行 わ れ た が,両

者 の 関 係 に は解 離 が 認 め

られ る52).   Fisherら

は,ラ

ッ ト摘 出 筋 を血 清 の存 在 下 でAICARに

よ っ て刺 激 す る と,筋

収 縮 刺 激 と 同 様 に イ ンス リ ン感 受 性 が 亢 進 す る こ と を報 告 し,運 動 時 のAMPK 活 性 化 が 関与 す る可 能 性 を明 らか に した47).同 様 の処 置 を初 代 ヒ ト筋 細 胞 に 施 し て もイ ンス リ ン感 受 性 亢 進 が 惹 起 され な い こ とか ら53),幼 弱 筋 細 胞 と成 熟 筋 細 胞

に お け る何 らか の 差 異 が イ ンス リ ン感 受 性 亢 進 の 有 無 を決 定 して い る こ と が示 唆 さ れ る.   Kimら

は,ラ

ッ ト単 離 筋 を 用 い て,さ

受 性 の 関 係 を調 べ た検 討 か ら,グ

ま ざ ま な 条 件 の 筋 収 縮 とイ ン ス リ ン感

リ コ ー ゲ ン の 減 少 やAMPK活

性 化 を 惹 起 して

もイ ンス リ ン感 受 性 亢 進 を認 め な い 場 合 が あ る こ とを 報 告 し て い る54).さ らに 近 年,Geigerら はp38MAPKの 活 性 化 剤anisomycinが 血 清 の非 存 在 下 で,グ リ コ ー ゲ ンの 減 少 を 伴 わ ず に イ ンス リ ン感 受 性 を亢 進 す る こ と を報 告 した55).し か し,p38MAPKの

阻 害 剤 で あ るSB-202190は

を 阻 害 し な い こ とか ら,anisomycinに

筋 収 縮 に よ る イ ンス リ ン感 受 性 亢 進

よ るp38MAPK以

外 の 何 らか の シ グ ナ ル

が イ ンス リ ン感 受 性 に 関 与 す る こ と を示 唆 す る.筋 収 縮 に よる イ ンス リ ン感 受 性 の 亢 進 に は そ の 制 御 に 関与 す る生 理 的 因 子 が 複 数 あ り,そ れ らの 因 子 の複 合 的 な 絡 み 合 い の 中 で 成 立 して い る可 能 性 が 高 い と考 え られ る.

  2.5  イ ン ス リ ン 作 用 調 節 と 食 品 成 分   a.  イ ン ス リ ン の分 泌 調 節   ヒ トに お い て 血 中 の グル コ ー ス 濃 度(血 糖)が のB細

胞 は イ ンス リ ン を分 泌 す る.ま

た イ ンス リ ンが 分 泌 され,続

約80mg/dlを

超 え る と,〓 臓

ず 急 峻 な応 答 と してB細

胞 中 に蓄 え ら れ

い て新 た に合 成 され た イ ンス リ ンが 分 泌 さ れ る.グ

ル コ ー ス に 応 答 した イ ン ス リ ン 分 泌 は 以 下 の よ う に し て 起 こ る(図2.6). GLUT2を

介 してB細

はATP感

受 性K+チ

胞 に 流 入 した グ ル コ ー ス がATP産 ャ ネ ル を 閉 じ る た め,細

る.脱 分 極 はCa2+を 細 胞 質 内へ 流 入 さ せ,こ

生 に使 用 さ れ る.ATP

胞 内 にK+が 蓄 積 し て 脱 分 極 が 起 こ の 細 胞 質 内Ca2+濃

度の増加 が イ ン

ス リ ン分 泌 を促 進 す る.   グ ル コ ー ス に 限 らず,B細 分 泌 を促 進 す る.た な ど),β-ケ が,消

胞 で 代 謝 さ れ てATPを

と え ば,マ

ト酸 な どが あ る.つ

ンノ ー ス,フ

産 生 す る 基 質 は イ ンス リ ン

ル ク トー ス,ア

ミノ 酸(Leu,Arg

ま り,食 事 中 の 炭 水 化 物 ・脂 質 ・タ ンパ ク 質

化 ・吸 収 され る と,い ず れ もが イ ン ス リ ン の 分 泌 を促 進 す る こ と に な る.

実 際,炭

水 化 物 ・脂 質 ・タ ンパ ク質 いず れ を経 口 摂 取 し て も,イ

ンス リ ン の 分 泌

は促 進 す る.   上 述 した グ ル コー ス 濃 度 の 上 昇 か らイ ンス リ ン分 泌 ま で の経 路 の 途 中 を刺 激 す

図2.6  血 中 グ ル コ ー ス 濃 度 の増 加 に応 答 し て 〓 臓 のB細

胞が

イ ンス リ ンを分泌 す る経 路

る こ とで も,イ

ンス リ ンは分 泌 され る.経 口摂 取 で 血 糖 降 下 作 用 の あ る ス ルホ ニ

ル ウ レア剤 は,ATP感 促 進 す る.B細

受 性K+チ

胞 のcAMPを

ャ ネ ル を 閉 じ させ る こ とで,イ

増 大 させ る刺 激(β-ア

ゴ ン,ホ ス ホ ジエ ス テ ラ ー ゼ 阻 害剤)も 胞 質 内Ca2+濃

ンス リ ン分 泌 を

ド レナ リ ン作 用 薬,グ

ルカ

イ ンス リ ン分 泌 を促 進 す る.こ れ は,細

度 の 増 加 を介 して い る と考 え られ て い る.カ テ コ ラ ミ ンは α2受 容

体 を介 して イ ンス リ ン分 泌 を阻 害 し,β 受 容 体 を 介 して イ ンス リ ン分 泌 を促 進 す る.ま た,そ

の 他,交

感 神 経 系 や 消 化 管 ホ ル モ ンに よ っ て も イ ン ス リ ン分 泌 は 調

節 され て い る.   b.  グ ル コ ー ス ・ア ミノ 酸 ・脂 肪 酸 と骨格 筋 イ ン ス リ ン作 用   グル コー ス,ア

ミ ノ酸,脂 肪 酸 あ るい は トリグ リセ ロ ー ル の 血 中濃 度 は 運 動 や

食 事 に応 答 して 上 下 す る もの で あ る が,こ れ らの い ず れ か を 高 値 に維 持 し続 け た 場 合(1∼3時

間)に

は末 梢 組 織,特

が 示 さ れ て い る56∼58).一方,数

に骨 格 筋 で イ ンス リ ン作 用 が 減 弱 す る こ と

週 間 以 上 の食 事 成 分 に 関 して,こ

れ らの 割 合 を

推 奨 され る量 よ り高 値 に した もの を摂 取 し続 け た場 合 に,イ

ンス リ ン感 受 性 が 低

下 す る か は現 在 の と こ ろ知 見 が 不 足 して い る59).以 下 に,食

品の基本成分 である

グ ル コ ー ス,ア

中濃 度 上 昇 が,イ

ミ ノ酸,脂

肪 酸 の急 性 的 な(1∼3時

間)血

ン

ス リ ンの糖 代 謝 に 対 す る作 用 を 減 弱 させ る こ とを 紹 介 す る.   1)  グ ル コ ー ス

  高 グ ル コー ス に よ る イ ンス リ ン感 受 性 の低 下 は糖 毒 性 と呼

ば れ る 高 血 糖 の 弊 害 の一 つ で あ る.単 離 筋 や 下 肢 筋 の還 流 系 な ど,多

くの 動 物 モ

デ ル の 検 討 か ら3時 間 以 上 の 高 血 糖 状 態60∼62)が,イ ンス リ ン に よる 全 身 の 糖 利 用 あ る い は骨 格 筋 の糖 輸 送 を 減 弱 させ る こ とが 示 さ れ て い る.ヒ り,た

とえ ば1型 糖 尿 病(〓B細

こ る糖 尿 病)の

トで も同 様 で あ

胞 の破 壊 に よ る イ ンス リ ンの 欠 乏 の た め に起

患 者 を 用 い た実 験 で は24時

間 の 高 血 糖 状 態 が,イ

ンス リンに よ

る 糖 利 用 を減 少 させ る こ とを 報 告 して い る63).   高 グ ル コ ー ス に よ る骨 格 筋 の イ ンス リ ン感 受 性 の 低 下 は,筋 を正 常 グル コ ー ス 濃 度 下 に お くこ とで 回復 す る こ とが 示 唆 さ れ て い る56).2型 糖 尿 病(イ

ンス リ ン

の 作 用 不 足 に よ っ て起 こる糖 尿 病)患 者 の骨 格 筋 で は健 常 人 に比 べ て イ ンス リ ン 刺 激 に よ る糖 輸 送 は減 弱 して い る.こ

の 筋 肉 を4mMグ

ル コ ー ス 存 在 下 で2時

間 処 理 す る と,健 常 人 と同程 度 まで 糖 輸 送 活 性 が 回復 す る.   約3時

間 の 高 グ ル コ ー ス暴 露 だ けで は ラ ッ ト単 離 骨 格 筋 の イ ンス リ ン感 受 性 低

下 が 起 こ らな い51).し か し,イ ン ス リ ン存 在 下 の 高 グ ル コー ス 下 で は イ ンス リ ン 感 受 性 低 下 が 起 こ る こ とか ら,細 胞 内 に過 剰 に流 入 した グ ル コ ー ス が 何 らか の作 用 を して い る こ とが 示 唆 され る.高 序 と して,グ と,ΡKCの

グ ル コ ー ス に よる イ ン ス リ ン感 受 性 低 下 の機

リ コ ー ゲ ンの 蓄 積 がGLUT4の

トラ ンス ロ ケ ー シ ョ ンを 阻 害 す る こ

活 性 化 が イ ン ス リ ン シ グナ ル伝 達 を阻 害 す る こ と,取

り込 まれ た糖

の 代 謝 産 物 の 一 つ で あ る ヘ キ ソサ ミ ンの 蓄積 が 糖 輸 送 を 阻害 す る こ とな どが 想 定 さ れ て い るが,い

ず れ の経 路 も解 離 が 認 め られ て い る51).一 方,mRNA合

害 剤 で あ るactinomycin

Dや

成 の阻

タ ンパ ク 質 合 成 の 阻害 剤 で あ るcycloheximideが

高

グ ル コー ス に よ る イ ンス リ ン感 受 性 の低 下 を 抑 制 す る こ とか ら,何 らか の タ ンパ ク質 の発 現 が 関 与 す る もの と考 え られ る.   2)  ア ミノ 酸

  ア ミノ酸 は〓 臓 のB細

胞 に作 用 して イ ン ス リ ン分 泌 を促 進

し,肝 臓 に お い て グ ル コー ス へ 新 生 さ れ る基 質 とな る.ま 検 討 か ら ア ミ ノ酸 は,イ

た,培 養 細 胞 を用 い た

ンス リ ンに よ る糖 輸 送 を 阻 害 し64),糖 輸 送 に関 わ る イ ン

ス リ ン シ グ ナ ル を減 弱 させ る65).こ の よ う に糖 代 謝 調 節 にお け る ア ミノ酸 の 関与 が 示 唆 され る こ と か ら,ア 検 討 さ れ た.2002年

ミノ酸 の血 中濃 度 増 加 が グ ル コ ー ス 代 謝 に影 響 す るか

にKrebsら

は,イ

ンス リ ン,グ ル カ ゴ ン,成 長 ホ ル モ ン,

コ ル チ ゾ ル を一 定 に保 っ た状 態 で,ヒ の2倍

濃 度 に維 持 した57).60分

糖 取 り込 み 率 が 約25%減 し た.細 胞 内 のG6P濃

トの 静 脈 に ア ミノ酸 を 直接 注 入 して 対 照 群

間 の ア ミノ 酸 投 与 で 高 イ ンス リ ン下 で の 全 身 の

少 し,骨 格 筋 内 のG6P(glucose-6-phosphate)も

減少

度 減 少 は 基 質 酸 化 の 競 合 が 起 こ る よ り先 に,糖 輸 送 過 程

が 阻 害 さ れ る こ と を示 唆 す る.   ヒ トへ の ア ミノ 酸 の 静 脈 投 与 は,イ

ンス リ ン刺 激 に よ る骨 格 筋 のIRS-1

associ

ated PI3キ ナ ー ゼ の 活 性 を低 下 させ る こ とが 示 され て い る66).ア ミノ 酸 の投 与 に よっ てIRS-1のSer636/639の

リ ン酸 化 が 増 大 して い る こ とや,S6

kinase 1が 活

性 化 し て い る こ とか ら,こ れ らが イ ンス リ ン シ グ ナ ル の 阻 害 に 関与 す る こ とが示 唆 され る.し か し,こ の と きPI3キ

ナ ー ゼ の 下 流 で あ るAktは

イ ンス リ ンに対 し

て正 常 に応 答 して い る と い う矛 盾 が あ り,糖 輸 送 の 阻害 は まだ 明 らか に さ れ て い な い シ グナ ルが 原 因 で あ る と思 わ れ る.   3)  脂

質

  イ ンス リ ン抵 抗 性 と肥 満 や 血 中脂 質 濃 度 に は しば しば 相 関が み

られ る67,68).この た め 脂 質 あ る い は脂 肪 酸 の 血 中濃 度 の上 昇 が 直 接 全 身 の 糖 質 利 用 や 骨 格 筋 の糖 輸 送 段 階 を抑 制 す る と考 え られ て い る.静 脈 に トリ グ リセ ロ ー ル とLPL(lipoprotein

lipase)活 性 化 作 用 を もつ ヘ パ リ ン を ヒ トに投 与 して,生 理

食 塩 水 を投 与 した 対 照 群 に比 べ 血 中 トリ グ リセ ロー ル濃 度 を8倍,血

中遊離脂肪

酸 濃 度 を10倍 に した 検 討 が あ る58).血 中 脂 質濃 度 の 上 昇 を保 ち 続 け る と,約1.5 時 間 で 筋G6P含 LPLは

量 が,約3時

間 以 上 で 全 身 の糖 質 利 用 が 低 下 し始 め る.な お,

トリグ リセ ロ ー ル を脂 肪 酸 と グ リ セ ロ ー ル に 加 水 分 解 す る 酵 素 で あ る.

  脂 肪 酸 が イ ンス リ ン感 受 性 を 阻 害 す る メ カ ニ ズ ム の 解 明 は ア ミ ノ酸 の場 合 と ほ ぼ 同 様 の 状 況 で あ る.従 来 は 基 質 酸 化 の 競 合 が 考 え られ て い た が,G6Pの

減少

が示 唆 す る よ うに糖 輸 送 過 程 あ る い は 流 入 した グ ル コー ス の リ ン酸 化 過 程 が 原 因 の よ う で あ る.脂 質 の 注 入 は骨 格 筋 のIRS-1 させ るが,PI3キ

associated PI3キ ナ ー ゼ 活 性 を低 下

ナ ー ゼ の 下 流 で あ る は ず のAkt活

  高 脂 肪 食 を 食 べ 続 け る と,イ

性 を変 化 させ な い69).

ン ス リ ン感 受 性 が 低 下 す る こ とが 想 定 され て い

る.し か し高 脂 肪 食 が 身 体 の 脂 肪 含 量 の 増 加 と独 立 して イ ンス リ ン感 受 性 を低 下 させ る か は,い

ま だ 十 分 な証 明 が な さ れ て い ない.た

だ し,高 脂 肪 食 の 摂 取 は カ

ロ リー摂 取 過 多 に 陥 りや く,肥 満 と並 行 して イ ンス リ ン感 受 性 を低 下 す る危 険性 が 高 い とい え る.

  食 品 中 の 脂 肪 酸 は,飽 和 脂 肪 酸,一 ンス 脂 肪 酸,n-3脂

価 不 飽 和 脂 肪 酸,多 価 不 飽 和 脂 肪 酸,ト

ラ

肪 酸 に分 け られ る.食 事 由 来 の脂 肪 酸 が イ ンス リ ン感 受 性 を

低 下 させ る か は,単 純 に高 脂 肪 食 とい う だ け で な く,脂 肪 酸 の 種 類 を も区 別 した 検 討 が 必 要 で あ る.こ の 観 点 に お い て 高 飽 和 脂 肪 酸 食 と高 一 価 不 飽 和 脂 肪 酸 食 を 健 常 者 に3ヵ 月 間摂 取 させ た場 合 の イ ンス リ ン感 受 性 を比 較 した検 討 が あ る.高 一 価 不 飽 和 脂 肪 酸 食 は総 脂 肪 摂 取 量 が37%以 下 の 場 合 に 限 り,イ ン ス リ ン感 受 性 を改 善 した70).し か し一 価 不 飽 和 脂 肪 酸 が 糖 尿 病 患 者 にお い て 絶 食 時 の 血 糖 値 や,長

期 的 な 血 糖 コ ン トロ ー ル の 指 標 で あ るHbA1cを

改 善 す る こ と は現 在 の と

こ ろ 示 され て い な い.

  2.6  糖 尿 病 の 運 動 療 法   運 動 は糖 尿 病 治 療 の う えで も重 要 な位 置 を 占 め,食 事 療 法 ・薬 物 療 法 と並 ん で 糖 尿 病 治 療 の 三 本 柱 の 一 つ と され て い る.運 動 に よ る血 糖 降 下 作 用 は これ ま で に 紹 介 した,収

縮 した骨 格 筋 で 糖 取 り込 み が促 進 す る こ と を利 用 して い る.一 つ は

運 動 終 了 後 数 時 間 まで 続 く イ ンス リ ン非 依 存 的糖 輸 送 促 進 で あ る.も

う一 つ は,

運 動 後 数 時 間 を経 て 認 め られ る イ ンス リ ン感 受性 の 充 進 で あ る.こ れ らの 二 つ の メ カ ニ ズ ム は,糖 下)や

尿 病 患 者 に お け る イ ン ス リ ン抵 抗 性(イ

ン ス リ ン感 受 性 の低

イ ンス リ ン分泌 不 全 に拮 抗 す る作 用 を有 し,糖 代 謝 を数 時 間 か ら数 日間 に

わ た っ て活 性 化 す る.さ

らに,運 動 トレー ニ ング はGLUT4量,筋

肉 量 を増 加 さ

せ る こ とで も糖 取 り込 み 能 力 を 増 大 させ る.こ の よ う な 運動 刺 激 に 対 す る骨 格 筋 の 応 答 は,糖 尿 病 の予 防 お よ び 治 療 の た め に 有 効 な 手 段 で あ る と考 え られ る.   運 動 に よ る血 糖 降 下 作 用 は,イ る.肥

ン ス リ ン抵 抗 性 状 態 の 骨 格 筋 で も正 常 に起 こ

満 ・高 イ ン ス リ ン血 症 を特 徴 とす る イ ン ス リ ン抵 抗 性 モ デ ル 動 物 で あ る

Obese Zuckerラ るGLUT4の

ッ トは,骨 格 筋 のGLUT4総

量 に変 化 は な い が,イ

ンス リ ンに よ

トラ ンス ロ ケ ー シ ョ ンが 顕 著 に低 下 し て い る.し か し,こ の 動 物 で

も筋 収 縮 に よ るGLUT4の る71).ま た,3週

トラ ンス ロ ケ ー シ ョ ンや 糖 取 り込 み は正 常 に 惹 起 さ れ

間 の 高 脂 肪 食 負 荷 に よ っ て イ ンス リ ン抵 抗 性 を誘 導 した ラ ッ ト

に お い て も運 動 に よ る糖 輸 送 は正 常 に 促 進 し72),運 動 後 の イ ン ス リ ン感 受 性 も亢 進 す る73).こ れ らの知 見 と符 合 す る よ う に,イ 病 患 者 で も運 動 に よ っ てGLUT4は

ンス リ ン抵 抗 性 を呈 す る2型 糖 尿

トラ ンス ロケ ー シ ョ ンす る こ とが 示 唆 さ れ て

お り74),運 動 後 は全 身 の 糖 取 り込 み 速 度 が 増 大 す る75).   運 動 の 繰 り返 し(運 動 トレー ニ ン グ)はGLUT4の

総 量 を増 加 させ,こ

れ も運

動 の 急 性 効 果 と同 様 に イ ンス リ ン抵 抗 性 状 態 に あ る骨 格 筋 で も起 こ る76,77).骨格 筋 中 のGLUT4量

は 骨 格 筋 の糖 取 り込 み 能 力 と相 関 して い る こ とが 示 唆 され て い

る78,79).GLUT4はDNA上 (転 写),こ

の 遺 伝 子 を鋳 型 と し て,GLUT4mRNAが

れ を も と にGLUT4タ

運 動(約70%Vo2max,1時 GLUT4のmRNAの

合成 され

ンパ ク 質 が 合 成 さ れ る(翻 訳).単

間)を

回 の 自転 車

行 う と 運 動 直 後 や 運 動 終 了 か ら3時

増 大 が80),運 動 終 了 か ら8時 間 後 に はGLUT4の

間後 に

タ ンパ ク質

量 が 増 大 す る こ とが 報 告 され て い る81).ト レー ニ ン グす る こ とで,GLUT4量 増 加 が 蓄積 し て糖 輸 送 を増 大 させ る もの と思 わ れ る.一 方,運 休 止 す る とGLUT4量

動 ト レー ニ ン グ を

は6日 間 で 減 少 す る82).し た が っ てGLUT4量

に維 持 す る た め に は,1週

の

を 高 レベ ル

間 に2回 以 上 運 動 す る こ とが 望 ま しい と考 え られ る.

  骨 格 筋 量 が低 下 して い る 高 齢 者 に お い て は,筋 肉 量 を増 加 す る よ う な運 動 トレ ー ニ ン グ も糖 代 謝 改 善 に 有 効 で あ る .高 齢 者 で は 安 静 時 の エ ネ ルギ ー 消 費量 が 減 少 して お り,こ れ に は 除 脂 肪 体 重 の 減 少 が 起 因 す る83).骨 格 筋 量 の 増 大 は安 静 時 や 運 動 時 の 消 費 エ ネ ル ギ ー 量 を増 大 させ る た め,全 身 の 糖 取 り込 み 量 が 増 大 す る も の と考 え られ る.実 際,高 齢 糖 尿 病 患 者 を対 象 と して 高 強 度 筋 力 トレ ー ニ ン グ を行 う と,除 脂 肪 体 重 が 増 大 し,HbA1cが

改 善 す る こ とが 報 告 さ れ て い る84,85).

  運 動 に よ る 骨 格 筋 糖 輸 送 促 進 の メ カ ニ ズ ム 解 明 は,AMPKの て 大 き く前 進 した.し

関与 が 確 認 さ れ

か し な が ら,現 在 の と こ ろ 骨 格 筋AMPKの

て 明 らか な も の は 脂 肪 酸 酸 化 に 関 与 す る ア セ チ ルCoAカ

標的分 子 とし

ル ボ キ シ ラー ゼ の み で

あ り,糖

輸 送 促 進 に 関 わ る 標 的 分 子 は 同 定 さ れ て い な い.つ

GLUT4を

結 ぶ 分 子 機 構 は ブ ラ ッ ク ボ ッ ク ス とい っ て よい 状 況 で あ る.AMPKの

上 流 分 子 につ い て も,た AMPKの

ま り,AMPKと

と え ば 運 動 や 酸 化 ス トレス が どの よ うな 分 子 を解 し て

リ ン酸 化 を生 じ る の か,そ

の 経 路 は 依 然 不 明 で あ る.運 動 は 糖 輸 送 を

促 進 す る だ け で な く,骨 格 筋 の イ ンス リ ン感 受 性 を亢 進 させ る.2型

糖尿病 患者

の 骨 格 筋 が イ ンス リ ン抵 抗 性 を示 す こ と も よ く知 られ た 事 実 で あ る.さ

ら に,イ

ン ス リ ン感 受性 は糖 ・脂 質 ・ア ミノ 酸 の 影 響 を受 け る.し か し なが ら,骨 格 筋 の イ ンス リ ン感 受 性 が どの よ う な メ カ ニ ズ ム で調 節 さ れ る の か そ の 全 貌 の解 明 ま で

に は 多  

糖

く の 研 究 が 必

の エ

ネ ル ギ ー 基

な い 機 能 で 代 病 」 明 す

る

て 有 用

要 で

あ る.

質

し て の 利

と

用

は ヒ

あ る.そ

の 調

節 異 常

は,2型

の 発 病 や 進

行 に 深

く 関 与

す

こ

と は,「

で あ

現 代 病

り,今

後

」

の 研

る 糖

IS,et al.(2003)Glucose

proteins.Br 2)  Lund

代 謝

R,et

muscle.Am

P,et

JM,et

gen

Am

and

K,et

with

al.(1982)Glucose

during

exercise.Eur

DG,et

EJ,et

14) 

T,et

15) 

17) 

18) 

点 か

families

of glucose Natl

and

transporter

Acad

ら き わ め

of sugar

transport

GLUT4

in skeletal

Sci USA,92,5817-5821

contraction

in skeletal

that glucose

Biol

on

glucose

transport

in rat

muscle:effects

of insulin

and

transport

is rate-limiting

for glyco

Chem,268,16113-16115

for insulin-mediated

kinase

glucose

activity and

glucose

permeability.X.Changes frog

muscle.J

uptake

in relation Occup

uptake

into

perfused

rat

uptake

in rat skeletal

muscle.

kinase

Biol

in permeability

to 3-methylglu-

Chem,240,3493-3500

to metabolic

state in perfused

rat hind

limb

at

Physiol,48,163-176

of the AMP-activated

in skeletal

protein

muscle.Embo

AMP-activated/SNF1

kinase

provides

a novel

mech

J,17,1688-1699

protein

al.(1999)5′AMP-activated

al.(1998)Evidence

Ihlemann

al.(1999)Effect

J,et

kinase

subfamily:metabolic

sensors

of

protein

kinase

activation

causes

GLUT4

transloca

for 5′AMP-activated

protein

kinase

mediation

of the

effect of mus

transport.Diabetes,47,1369-1373 of tension

on

contraction-induced

glucose

transport

in rat skeletal

J Physiol,277,E208-214

Kawanaka

K,et

Hayashi

T,et

protein

kinase

cose

る 観

し 活 性 化 す

Rev Biochem,67,821-855

on glucose

Mu

を 解

muscle.Diabetes,48,1667-1671

al.(2000)Mechanisms

supercompensated 16) 

mice

Physiol

regulation

cle contraction

muscle.Am

of isolated

J Appl

al.(1998)The

Kurth-Kraczek

Hayashi

ぐ 経 路

transport

muscle.J

of tissue

of creatine

cell?Annu

tion in skeletal 13) 

な

SGLT):expanded

translocation

protein

al.(1998)Dual

the eukaryotic 12) 

を つ

Metab,280,E677-684

contraction

for the control

Hardie

「現

that of insulin.Proc

steps

al.(1965)Studies

M,et

anism

う

献

and

transgenic

in skeletal

PM,et

10)  Ponticos

11) 

from

glycolysis

Endocrinol

JO,et

rest and

と い

J Physiol,250,E100-102

associated

9)  Walker

文

of 2-deoxyglucose

N, et al.(2001)AMP-activated

cose

群

を 適 正 化

of effects of insulin

al.(1986)Rate-limiting

J Physiol

8)  Holloszy

リ ッ ク 症 候 代 謝

き

J Physiol,249,C226-232

al.(1993)Evidence

hindlimb.Am 7)  Musi

メ

タ ボ

と の で

J Physiol,268,C30-35

deposition

6)  Kubo

distinct from

al.(1995)Kinetics

contractions.Am 5)  Ren

用

stimulates

a mechanism

al.(1985)Dissociation

epitrochlearis 4)  Hansen

こ

さ れ る.

transporters(GLUT

al.(1995)Contraction

through

3)  Nesher

た め に 欠 か す

J Nutr,89,3-9

S,et

muscle

病 や

き る 」

品 ‐運 動 ‐骨 格 筋 糖

が 期 待

引

1)  Wood

「生

糖 尿

る.食

に お け

究 成 果

ト が

muscles

al.(2000)Metabolic as a unifying

J,et al.(2001)A transport

Fujii N,et

rats.Am

stress

coupling

and

impaired

GLUT-4

J Physiol Endocrinol altered

glucose

translocation

in glycogen-

Metab,279,E1311-1318

transport:activation

of AMP-activated

mechanism.Diabetes,49,527-531

role for AMP-activated

in skeletal

al.(2000)Exercise

activity in human

underlying

of exercised

muscle.Mol induces

skeletal muscle.Biochem

protein

kinase

in contraction-and

hypoxia-regulated

glu

Cell,7,1085-1094 isoform-specific Biophys

Res

increase

in 5′AMP-activated

Commun,273,1150-1155

protein

kinase

19)  Chen

ZP,

lase and 20) 

et al.(2000)AMPK NO

synthase

Salt I, et al.(1998)AMP-activated localization,

21) 

Vavvas

in contracting

of complexes

protein

containing

Higaki

in skeletal

muscle.J

the insulin and

23)  Toyoda

kinase:greater

the alpha2

AMP

isoform.

muscle:acetyl-CoA

dependence

Biochem

changes

oxide

contraction

increases

pathways

T, et al.(2004)Possible

in oxidative

skeletal

carboxy

Metab,279,E1202-1206 , and preferential

J,334(Pt

in acetyl-CoA

nuclear

1),177-187

carboxylase

and

5′-AMP-activat

Biol Chem,272,13255-13261

Y, et al.(2001)Nitric

from

human

J Physiol Endocrinol

D, et al.(1997)Contraction-induced

ed kinase 22) 

signaling

phosphorylation.Am

glucose

in rat skeletal

involvement

stress-stimulated

glucose

uptake

through

muscle.

Diabetes,50,241-247

of the alphal

transport

isoform

in skeletal

a mechanism

that

of 5′AMP-activated

muscle.

Am

J Physiol

is distinct

protein

Endocrinol

kinase

Metab,287,

E166-173 24)  Jorgensen

25) 

et al.(2004)Knockout

abolishes

induced

glucose

Hawley

SA,

MO25 26) 

SB,

isoform

uptake

Baas

AF,

SFRAD.

are upstream

Embo

J, et activate

28)  Sakamoto

cose 30) 

Hawley

localize LKB1

during

SA,

anisms.J

32) 

Am

activates

and

kinase

kinase

not contraction-

kinase

LKB1

STRAD

alpha/beta

cascade.J

Biol,2,28

by

the STE20-like

and

pseudoki-

STRADalpha/beta

enhancing

their ability to

J,22,5102-5114

AMPK-related

J Physiol

kinases

Endocrinol

in skeletal

in skeletal

Metab,287, muscle

muscle:effects

of

E310-317

prevents

AMPK

activation

and

glu

J,24,1810-1820 activates

the

the calmodulin-dependent

AMP-activated

protein

protein

kinase

I cascade,

kinase

cascade,

via three

and

independent

Ca2+ mech

Biol Chem,270,27186-27191

kinase

Hawley

kinases.

Ca2+/calmodulin-dependent

J Biol

protein

DC,

Am

protein

kinase.

JH, et al.(1991)Calcium of contraction.

kinase

kinases

are AMP-activated

kinase

kinase-beta

is an alternative

upstream

Cell Metab,2,9-19

stimulates

J Physiol,260,

et al.(2004)A

protein

Chem,280,29060-29066

SA, et al.(2005)Calmodulin-dependent for AMP-activated

34)  Wright

suppressor,

protein

with

Embo

of LKB1 Embo

et a1.(1995)5'-AMP

protein

dent

interact

of LKB1

contraction.

RL, et al.(2005)The

kinase

protein

but

tumor

suppressor

in the cytoplasm.

and AICAR.

Hurley

33)  Youn

of the tumour

K, et al.(2005)Deficiency

uptake

the LKB1

in the AMP-activated

al.(2003)MO25alpha/beta and

/calmodulin

31) 

kinases

K, et al.(2004)Activity

Sakamoto

5′-AMP-activated

J,22,3062-3072

contraction,phenformin, 29) 

but not alphal

Biol Chem,279,1070-1079

between

et al.(2003)Activation

27)  Boudeau bind,

in skeletal muscle.J

et al.(2003)Complexes

alpha/beta

nase

of the alpha2

5-aminoimidazole-4-carboxamide-1-beta-4-ribofuranoside

glucose

transport

in skeletal

muscle

by

a pathway

indepen

glucose

transport.

C555-561

role for calcium/calmodulin

kinase

in insulin

stimulated

Life Sci,74,815-825 35)  Ji LL, et al.(1998)

36) 

N

Oxidative

tems.

Ann

Y Acad

Nohl

H, et al.(1986)The

stress

and

aging.

Role

of exercise

and

its influences

on antioxidant

sys

Sci,854,102-117 mitochondrialsite

of superoxide

formation.

Biochem

nitrogen

species

Biophys

Res

Commun,

138,533-539 37) 

Reid

MB,

et al.(2002)Generation

muscle:potential 38)  Javesghani dase 39) 

Lapointe

BM,

Linder

N,

41) 

Kobzik

Ann

N

Y Acad

of neutrophil

et al.(1999)Cellular

oxygen

J Respir

and

Crit Care

expression

Appl

of a superoxide-generating

oxide

of xanthine

in skeletal

NAD(P)H

oxi

inflammation

is linked

to secondary

Physiol,92,1995-2004 oxidoreductase

Invest,79,967-974

L, et al.(1994)Nitric

skeletal

Med,165,412-418

contraction-induced

invasion.J

in contracting

Sci,959,108-116

characterization

muscles.Am

et al.(2002)Lengthening

but devoid

sues. Lab

of reactive

on aging.

et al.(2002)Molecular

in the ventilatory

damage 40) 

D,

impact

muscle.

Nature,372,546-548

protein

in normal

human

tis

42) 

Cartee

GD,

various 43) 

et al.(1990)Exercise

stimuli. Am

Kahn

CR(1978)Insulin

distinction. 44) 

45) 

46) 

KJ,

et al.(1988)Effect

Am

J Physiol,254,

Wallberg-Henriksson

muscle 47) 

49) 

et al.(1998)Increased

J Physiol

factor. Am

J Physiol,266,

Biol

57) 

Al-Khalili

necessary

and

responsiveness

to insulin

in

muscle:interaction

between

mediates

enhanced

insulin

sensitivity

of

of AMP

kinase E18-23

enhances

glucose

transport

to

signaling

sensitivity of muscle

in human

skeletal

muscle:time

course

and

effect of

signaling

and

insulin

sensitivity

after exercise

in human

skeletal

increase

of glucose-induced

Metab,287,

rats.Am

PC,

in muscle

requires

pro

translocation

in glycogen-super-

E907-912

AICAR-induced

increase

and

insulin

5′AMP-activated

AMPK

activation

in insulin-stimulated

glucose

J Physiol

JR, et al.(1994)Effects with

NIDDM:in

of p38

Endocrinol

patients

sensitivity:relationship

protein

et al,(2005)Activation

M,

for a

in primary uptake.

human

Am

J Physiol

E553-557

Zierath

Krebs

sensitivity:requirement

resistance

GLUT-4

J Physiol,276,

serum-and

to subsequent

J, et al.(2004)Postcontraction

Geiger

insulin

insulin

insulin-stimulated

of exercised

not lead

concentration,

in muscle

E186-192

L, et al.(2004)Prior does

humans. 58) 

unresponsiveness:a

Chem,276,20101-20107

muscles

port to insulin. Am 56) 

by

Physiol,85,1218-1222

Metab,282,

K, et al.(1999)Decreased

Endocrinol

55) 

insulin

into rat skeletal

translocation

Appl

K, et al.(2001)Development

Kawanaka

Kim

on

transport

J, et al.(1994)Contraction-induced

Kawanaka

gen

Endocrinol

JF, et al.(2000)Insulin

myocytes

54) 

sensitivity

to activation

Diabetes,49,325-331

compensated 53) 

exercise

GLUT-4

after exercise.J

JF, et al.(1997)Insulin

tein synthesis.J 52) 

and

transport

Diabetes,46,1775-1781

Wojtaszewski

serum 51)

transport

Wojtaszewski

Gao

glucose

Physiol,65,909-913

JS, et al.(2002)Activation

muscle. 50) 

insensitivity,

H, et al.(1988)Glucose

PA,

exercise.

insulin

of physical

insulin. J Appl

glucose

Fisher

of muscle

E248-259

and

insulin. Am 48) 

resistance,

humans.

Hansen

susceptibility

E390-393

Metabolism,27,1893-1902

Mikines

exercise

increases

J Physiol,258,

kinase

MAP

kinase

Metab,288,

et al.(2002)Mechanism

enhances

contraction Appl

protocol,

glyco

sensitivity

Physiol,96,575-583 of muscle

glucose

trans-

E782-788

of glycaemia

vitro reversal

with

phosphorylation.J

on

glucose

of muscular

transport

in isolated

of amino

insulin resistance. acid-induced

skeletal

muscle

from

Diabetologia,37,270-277

skeletal

muscle

insulin

resistance

in

Diabetes,51,599-605

Roden

M,

et al.(1996)Mechanism

of free

fatty acid-induced

insulin

resistance

in humans.

J Clin

Invest,97,2859-2865 59) 

Franz

MJ,

et al.(2004)Nutrition

principles

and

recommendations

in diabetes.

Diabetes

Care

27 Suppl,

1,S36-46 60) 

61) 

Richter

EA,

uptake.

Biochem

Hager

SR,

et al.(1988)Glucose-induced insulin

resistance

of skeletal-muscle

glucose

transport

and

J,252,733-737

et al.(1991)Insulin

resistance

in normal

rats infused

with

glucose

for 72 h. Am

J Physiol,

260,E353-362 62) 

Kurowski

TG,

et at.(1999)Hyperglycemia

phosphatidylinositol 63)  Yki-Jarvinen

H,

3-kinase

inhibits

in rat skeletal

muscle.

et al.(1987)Hyperglycemia

insulin

activation

of Akt/protein

kinase

B but not

Diabetes,48,658-663

decreases

glucose

uptake

in type

I diabetes.

Diabetes,

36,892-896 64)  Traxinger glucose 65)  Patti ME,

RR,

et al.(1989)Role

transport

system.J

Biol

et al.(1998)Bidirectional

of amino

acids

in modulating

glucose-induced

desensitization

of the

Chem,264,20910-20916 modulation

of insulin

action

by

amino

acids. J Clin

Invest,101,

1519-1529 66) 

67) 

Tremblay

F, et al.(2005)Overactivation

increased

amino

Reaven

GM,

et al.(1988)Measurement

in patients 68) 

with

McGarry

of S6 kinase

1 as a cause

of human

insulin resistance

during

acid availability. Diabetes,54,2674-2684

NIDDM.

of plasma

glucose,

free fatty acid, lactate, and

insulin

for 24 h

Diabetes,37,1020-1024

JD(1992)What

if Minkowski

had

been

ageusic?An

alternative

angle

on

diabetes.

Science,

258,766-770 69) 

Kruszynska

YT,

et al.(2002)Fatty

but unchanged 70) 

Vessby

Akt

King

PA,

Zucker 72) 

men

M,

J Physiol,264,

ND,

or a single

cose

suppression

and

JW,

human 75)  Martin

Etgen

78) 

fat impairs

insulin

sensitiv

glucose

transporter

translocation

in obese

during

and

after exercise

is normal

in insulin-resis

of long-chain

with

type

induces

2 diabetes.

and muscle

in rats is ameliorated

relationship

fatty acyl-CoA.

exercise

subjects

insulin resistance

of exercise:parallel

between

by acute

insulin

dietary

stimulation

of glu

Diabetes,46,2022-2028

GLUT4

translocation

in skeletal

muscle

of normal

Diabetes,48,1192-1197 metabolism

during

exercise

in NIDDM

patients. Am

J

E583-590

GJ

Jr., et al.(1997)Exercise

recruitment

of GLUT-4

training

to the cell surface.

F, et al.(1994)Physical

NIDDM.

uptake

muscle

bout

IK, et al.(1995)Splanchnic

Physiol,269,

77)  Dela

and

for monounsaturated

Diabetologia,44,312-319

insulin, promotes

glucose

et al.(1999)Acute

subjects

activation

R447-452

et al.(1997)Diet-induced

uptake

PI3K

E 167-172

lipid withdrawal

74)  Kennedy

unlike

J Physiol,265,

et al.(1993)Muscle

tant rats. Am

76) 

Am

Study.

muscle

Metab,87,226-234

saturated

KANWU

et al.(1993)Exercise,

Kusunoki

73)  Oakes

dietary

and women:The

rat muscle.

insulin resistance:decreased

Clin Endocrinol

B, et a1.(2001)Substituting

ity in healthy 71) 

acid-nduced

phosphorylation.J

training

Am

reverses

insulin

J Physiol,272,

increases

muscle

resistance

in muscle

by

enhanced

E864-869 GLUT4

protein

and

mRNA

in patients

with

Diabetes,43,862-865

Lund

S, et al.(1997)Effect

skeletal

muscle

as

of insulin

measured

by

the

on

GLUT4

exofacial

cell surface bis-mannose

content

and

turnover

photolabeling

rate in human

technique.

Diabetes,46,

1965-1969 79)  Koranyi

LI, et al.(1991)Level

stimulated 80)  Kraniou skeletal 81)  Greiwe dent 82) 

whole Y,

body

disposal

et al.(2000)Effects

muscle.

J Appl

of exercise

JS, et al.(2000)Exercise

Vukovich

MD,

runners.

induces signaling.

J Appl

transporter

protein

correlates

with

insulin-

on

GLUT-4

and

glycogenin

gene

expression

in human

of fat-free

lipase

and

GLUT-4

protein

in muscle

indepen

Physiol,89,176-181

in insulin

action

and

GLUT-4

with

6 days

of inactivity

in

in humans

is

Physiol,80,240-244

A, et al.(2003)The

to the loss

glucose

Diabetologia,34,763-765

lipoprotein

J Appl

et al.(1996)Changes

83)  Bosy-Westphal

muscle

in man.

Physiol,88,794‐796

of adrenergic-receptor

endurance

due

of skeletal

glucose

mass

age-related and

decline

to alterations

in resting

energy

in its metabolically

active

expenditure components.

J Nutr,133,

2356-2362 84) 

85) 

Dunstan

DW,

patients

with

Castaneda glycemic

et al.(2002)High-intensity type 2 diabetes.

Diabetes

C, et al.(2002)A control

in older

resistance

randomized adults

with

training

improves

glycemic

control

in older

Care,25,1729-1736

type

controlled 2 diabetes.

trial of resistance Diabetes

exercise

Care,25,2335-2341

training

to improve

3.運

動 にお ける疲労感発生 の メカニズ ム

  3.1  現 代 社 会 と疲 労   現 代 の 日本 で は長 期 に わ た っ て疲 労 を 感 じ て い る 人 が 非 常 に多 い(就 労 人 口 の 約6割)と

い う調 査 結 果 が 明 らか とな り,抗 疲 労 あ る い は 疲 労 か らの 早 期 回復 を

は か る処 方 の 開発 が 社 会 的 急 務 とな っ て い る.疲 労 か らの 回 復 を望 む 多 くの 人 の 要 求 に応 え て,さ

ま ざ まな 疲 労 回復 法 が 謳 われ 多 種 類 の 栄 養 ドリ ン ク な どが市 販

され て い るが,実

際 の効 果 につ い て は科 学 的 証 拠 が示 され て い な い もの が ほ とん

どで あ る.そ れ ゆ え疲 労 が 生 じる機 構 を 科 学 的 に解 明 し,実 際 に抗 疲 労 ・疲 労 回 復 機 能 を もっ た 食 品 な ど を開 発 す る基 礎 を 整 備 す る こ とが 必 要 で あ る.   これ まで 肉体 的 な疲 労 の 生 成 す る機 構 に つ い て は骨 格 筋 の 疲 労 を中 心 に詳 し く 調 べ られ て きた.こ

れ に 対 し精 神 的 な疲 労 の 生 成,あ

る い は 疲 労 を感 じる機 構 の

解 明 は そ の 重 要 性 は認 識 され て い る もの の 実 際 の研 究 は まだ 少 な い.中 枢 に お い て どの よ う な機 構 で 疲 労 感 が 生 成 さ れ る の か 詳 し くは解 明 され て い な い.疲 労 は 疾 病 とは 異 な り休 息 を取 る こ と に よ り回復 で き る.こ の た め 他 の病 気 と比 べ て研 究 が お ろ そ か に され て きた 面 は否 め な い.ま た 疲 労 は さ ま ざ ま な様 相 を もつ た め に疲 労 度 を評 価 す る た め の コ ン セ ンサ ス の 得 られ た指 標 の 確 立 が 遅 れ て い る こ と も研 究 の 進 展 に影 響 して い る と考 え られ る.   ヒ トは さ ま ざ ま な状 況 で 疲 労 を感 じる.運 動 は も ち ろ ん の こ と,た と え ば病 気 の と き に も著 しい 疲 労 に 見 舞 わ れ る.こ の ほか に も た とえ ば 引 っ越 し に よ り住 ん で い る と こ ろが 変 わ る とか 職 場 が 変 わ る,上 司 が 変 わ る な どと い っ た 環 境 ・社 会 的 な変 化 が あ っ た 場 合 に も疲 労 を感 じる こ とが あ る.ま た,そ

の と きの 精 神 状 態

に よっ て も疲 労 を感 じや す か っ た り感 じに くか っ た りす る こ とを経 験 す る.こ の よ うに 一 口 に疲 労 とい っ て も さ ま ざ まな状 況 で 惹 起 さ れ る た め,疲 労 の 指 標 とな る物 質 の 特 定 や 疲 労 の 評 価 方 法 の 確 立 の た め 体 系 的 な検 討 が 必 要 で あ ろ う.本 章

に お い て 疲 労 とは心 身 の 消 耗 に伴 う さ ま ざ まな 様 態 をす べ て含 め た生 理 的 な 状 態 を 指 し,疲 労 感 とは そ の う ち の 主観 的 に知 覚 され る部 分,疲

れ た と い う感 じ を表

す こ と とす る.疲 労 感 は 中 枢 性 疲 労 とほ ぼ 同 じ意 味 だ と考 え られ る.

  3.2  運 動 と 疲 労   娯 楽,あ

る い は競 技 と して 運 動 を行 うの は ヒ トの み で あ る.霊 長 類,あ

るい は

動 物 の 子 ど も は遊 び と して 運 動 す る が,競 技 は行 わ な い.普 通 動 物 の 行 う運 動 は 捕 食,お

よび そ れ とは逆 に 敵 か らの逃 亡 の た め に 行 う もの,あ

る い は トリの 渡 り

に代 表 さ れ る よ う な移 動 で あ ろ う.   個 体 の運 動 能 力 を超 え た 負 荷 の運 動 を 行 っ て い れ ば,た っ て 運 動 を 続 行 す る こ と が で きな い.こ る.た

とえ ば す ぐに息 が あ が

れ は 一 種 の 肉 体 的 限界 に よ る疲 労 で あ

と え 低 強 度 の 運 動 で あ っ て も運 動 を 始 め て しば ら くす る と'疲 労'を

じ,そ し て,間

も な く運 動 をや め る,も

以 外 の 動 物 で も同 様 に反 応 す るが,こ

し くは運 動 強 度 を さ らに弱 くす る.ヒ

感 ト

れ は で き る だ け エ ネ ルギ ー の 消 費 や 肉体 の

消 耗 を抑 制 し,本 当 の 危 機 に対 して 体 力 を 温 存 す る 反応 とい え る.も

し,疲 労 を

感 じな けれ ば動 物 は 動 け な くな る ま で,す な わ ち 肉体 の 限 界 に至 る まで,極 端 な 場 合 に は死 ぬ まで 動 き続 け る か も しれ な い.疲 労 を 感 じる こ と とは 身 体 の 消 耗 を 検 知 し,そ れ以 上 の 身 体 の消 耗 を防 ぐた め の 防 御 反応 の 一 環 と して作 動 す る警 告 信 号 で は な いか と考 え られ る.   こ の よ う な警 告 を 無 視 す る と大 き な痛 手 を負 う こ とに な るの は 当然 の 結 果 な の で あ る が,ヒ

トの場 合,た

とえ ば仕 事 に対 す る 責 任 感,あ

る い は充 実 感 ゆ え に疲

労 感 を無 視 して し ま う場 合 が 多 々 あ る.こ れ に よ り慢 性 疲 労 や,極 端 な場 合 過 労 死 を招 く こ と さ え あ り,い まや 社 会 問 題 に もな りつ つ あ る.   運 動 に よ る疲 労 感 の 原 因 物 質 と して い ま だ に 乳 酸 を あ げ て い る例 を み る.乳 酸 は あ る一 定 強 度 以 上 の 運 動 負 荷 を与 え た と きに,好 気 的 な エ ネ ルギ ー 産 生 が 間 に 合 わ な く な る こ とで 生 成 し,や が て 収 縮 を 行 っ て い る骨 格 筋 内 に 蓄 積 し始 め る. こ れ に よ り筋 肉 中 のpHが

低 下 し そ の パ フ ォー マ ンス が 低 下 す る とい う こ とか ら

乳 酸 と骨 格 筋 疲 労 が 関 連 づ け られ て い る.骨 格 筋 の 能 力 以 上 の 運 動 は血 液 中 の 乳 酸 の 上 昇 とい う形 で脳 に検 知 され,疲

労 感 を生 成 させ る と信 じ られ て きた.乳 酸

は確 か に筋 肉疲 労 の指 標 に な り うる が は た して 本 当 に乳 酸 が 疲 労 感 を引 き起 こす

の だ ろ うか.近 年,神 経 細 胞 に隣 接 す る グ リ ア細 胞 が 自身 の もつ グ リ コー ゲ ン を 分 解 して乳 酸 の 形 で 神 経 細 胞 に供 給 して い る こ とが 明 らか とな っ て きた.血

中の

グ ル コー ス の供 給 が 間 に 合 わ な い と き,神 経 細 胞 は乳 酸 を エ ネ ル ギ ー 源 と す る. ま た 乳 酸 は神 経細 胞 に とっ て グ ル コー ス よ りも利 用 しや す い エ ネ ル ギ ー 源 で あ る こ とが わ か っ て きて い る.こ の こ とか ら,乳 酸 は骨 格 筋(末 梢 組 織)で

の疲労 の

原 因 とす る こ と は正 しい が,こ れ が 疲 労 感 を引 き起 こす 物 質 で あ る とは 考 え に く い.

  運 動 時 の 疲 労 感 生 成 機 構 と して よ く知 られ て い る 説 にNewsholmeら

のセ ロ ト

ニ ン仮 説 が あ る.長 時 間 の 持 久 的運 動 を行 う とエ ネ ル ギ ー 源 と して 遊 離 脂 肪 酸 が 動 員 され る.遊 離 脂 肪 酸 は血 中 で の輸 送 キ ャ リ ア と して 血 清 ア ル ブ ミ ン を使 う. 血 清 ア ル ブ ミ ン は ア ミ ノ酸 の 一 種 の ト リプ トフ ァ ンの キ ャ リ ア で もあ る.し

か

し,遊 離 脂 肪 酸 が 大 量 に動 員 さ れ る こ とで ア ル ブ ミ ン を 占有 し,ト リ プ トフ ァ ン が 追 い 出 され,結

果 と して 結 合 して い な い 遊 離 の トリ プ トフ ァ ン濃 度 が 増 大 す

る.   ト リプ トフ ァ ン は神 経 伝 達 物 質 の一 種 で あ る セ ロ トニ ン前 駆 体 で もあ る.脳 内 で の セ ロ トニ ンの 合 成 は基 質 の 供 給 が律 速 段 階 に な っ て お り,遊 離 の トリ プ トフ ァ ンが 増 加 す る こ とで 脳 内 に流 入 す る量 が 増 え,セ る.こ

ロ トニ ン の 合 成 量 が 増 大 す

れ に よ りセ ロ トニ ン作 動 性 神 経 の 活 動 が 上 昇 し,疲 労 感 を生 成 す る,と い

うの が 彼 らの 説 で あ る.   ま た 持 久 運 動 で は 骨 格 筋 で の エ ネ ル ギ ー 源 と して 分 枝 鎖 ア ミ ノ酸 も利 用 され る.分 枝 鎖 ア ミノ酸 は特 異 的 な輸 送 タ ンパ ク質 に よ って 脳 内 に 取 り込 ま れ るが, 同 じ輸 送 タ ンパ ク質 を トリ プ トフ ァ ン も利 用 して い る.運 動 に よっ て 分 枝 鎖 ア ミ ノ 酸 の血 中濃度 が 減 少 す る と脳 内 に流 入 す る トリプ トフ ァ ンの量 が 相 対 的 に増 大 す る こ と も上 で 述 べ た よ うな セ ロ トニ ン合 成 が 増 加 す る条 件 と一 致 す る.   脳 内 の トリ プ トフ ァ ン流 入 を抑 制 す る こ とで 疲 労 感 が 抑 制 され る こ とや,セ

ロ

トニ ン作 動 性 神 経 の活 動 を薬 物 で変 化 させ る こ とで 持 久 運 動 の成 績 が 変 わ る こ と な どか ら,こ の 仮 説 は妥 当 で あ る と考 え られ て きた.   しか し、セ ロ トニ ン の合 成 が 増 大 す る よ うな 脂 肪 酸 濃 度 の増 大 や 分 枝 鎖 ア ミ ノ 酸 濃 度 の低 下 が み られ る よ う な状 況 はマ ラ ソ ンの よ う なか な り長 時 間 の 運 動 を要 す る もの で あ り,わ れ わ れ が 日常 的 に感 じて い る,肉 体 的 な消 耗 の あ ま りな い 疲

労 感 と は異 な る も の と考 え られ る.ま た,う

つ 病 患 者 や慢 性 疲 労 症 候 群 患 者 は意

欲 の 低 下 や 強 い 疲 労 感 を訴 え る が,こ れ ら疾 患 の 治 療 に脳 内 の セ ロ トニ ン濃 度 を 高 め るセ ロ トニ ン トラ ン ス ポ ー タ ーの 選 択 的 阻 害 剤(serotonin inhibitor, SSRI)が

よ く使 わ れ て い る こ とか ら,セ

を 引 き起 こ して い る と考 え られ る.セ

specific reuptake

ロ トニ ンの 低 下 が む しろ 疲 労

ロ トニ ンだ けで は少 な くと も疲 労 時 の 意 欲

の低 下 は説 明 で き な い 。   渡 辺 らは脳 血 流 量 の 変 化 を測 定 す る こ と で健 常 人 が 疲 労 を感 じて い る と き に活 動 が 亢 進 す る脳 部 位 を眼 窩 前 頭 や 下 前 頭 葉,前

帯 状 回 と報 告 して い る3).今 後 疲

労 感 の 発 生 に 関 与 す る分 子 的 背 景 と,脳 活 動 の 可 視 化 な ど を含 め た神 経 生 理 学 的 手 法 を統 合 し,疲 労 感 の 生 成 機 構 を解 明 し て い く必 要 が あ る と思 わ れ る.

  3.3  脳 内 サ イ トカ イ ンの 役 割   脳 の(物

質 的)活

動 は,脳 が浸 っ て い る環 境 で あ る脳 脊 髄 液 に あ る程 度 反 映 さ

れ る.脳 脊 髄 液 と は頭 蓋 骨 と脊 椎 に よ っ て 保 護 され た 脳 と脊 髄 が 浸 っ て い る液 で,ク

ッ シ ョ ンの 役 割 をす る だ け で な く栄 養 素 な ど の 物 質 を運 ぶ 役 割 を して い

る.筆 者 らは 疲 労 感 を生 成 す る物 質 が 脳 で 産 生 され,疲

労 が 起 こ る 条件 で,そ

の

物 質 が 脳 に 対 し て作 用 す る と と も に 一部 が 脳 脊 髄 液 中 に漏 れ 出 て くる と仮 定 し た.そ れ ゆ え,想

定 した よ う な活 性 が 存 在 す る な ら ば,疲 労 した動 物 の脳 脊 髄 液

を疲 労 して い な い動 物 に投 与 す る と,そ の動 物 に 疲 労 感 が 生 じる は ず で あ る.そ こ で,強 制 遊 泳 運 動 に よ り疲 労 させ た ラ ッ トの 脳 脊 髄 液 を 採 取 して これ を安 静 に 保 ち 肉体 的 な 疲 労 の ない マ ウ ス に投 与 し た と ころ,疲 労 した と きの よ う に動 か な くな り,オ ー プ ン フ ィー ル ドに お け る 自発 行 動 量 の 減 少 が み られ た(図3.1).こ の結 果 よ り,運 動 に よ り疲 労 させ た ラ ッ トの 脳 脊 髄 液 中 に は 、自発 行 動 量 を減 少 させ る物 質 が 存 在 す る こ とが 明 らか とな っ た.さ

ら に淡 水 産 腔 腸 動 物 で あ る ヒ ド

ラ を 用 い たバ イ オ ア ッセ イ に よ り,疲 労 した ラ ッ トの脳 脊 髄 液 中 で増 加 して い る 物 質 はTGF-β(transforming

growth

した ラ ッ トの 脳 脊 髄 液 か ら抗TGF-β 行 動 量 を低 下 させ る 活 性 が 失 わ れ,精

factor-β)で あ る こ とが 示 唆 さ れ た.疲 労 抗 体 を用 い てTGF-β 製 したTGF-β

存 的 に 自発 行 動 量 の低 下 が 見 られ た(図3.2).オ

を 除 去 す る と,自 発

を脳 内 に投 与 す る と用 量 依

ー プ ン フ ィー ル ドで の 自発 行 動

に は探 索 行 動 が 含 まれ るが,純 粋 に 自発 的 な 運 動 の み を 測 定 で きる,ホ ー ム ケ ー

図3.1  疲 労 ラ ッ ト脳 脊 髄 液 の脳 内投 与 が マ ウス 自発 行 動 量に及ぼす影響 遊 泳 運 動 に よ り疲 労 させ た ラ ッ トの脳 脊 髄 液 を マ ウ ス に 脳 内投 与 し,そ の 自 発 行 動 量 を測 定 した.対 照 群 に は 運 動 して い ない安 静 ラ ッ ト脳 脊 髄 液 を投 与 した.*:p＜0.05, **:p＜0 .01 (引 用 文 献1よ

図3.2  TGF-β

脳 内投 与 が マ ウ ス 自 発 行

動 量 に 及 ぼす 影 響 を マ ウ ス に 脳 内投 与 し,そ

TGF-β

り改 変)

発 行 動 量 を測 定 し た.60分

(引用 文 献1よ

の自

間 の 自発 行

TGF-β

を マ ウ ス に 脳 内 投 与 し,そ の 自発

運 動 量 を測 定 し た.測 定 時 間3時 間 に お い て マ ウス が 走 行 した量 を 回 転 か ご の 回転 数 カ ウ ン トで 示 し た.対

照 群 に はTGF-β

を

溶解 す る の に用 い た溶 媒 の み を投 与 した. り改 変)

(引 用 文献1よ

ジ に 回転 カ ゴ を設 置 した 装 置 で 自発 運 動 量(回 TGF-β

脳 内 投 与 が 回転 か ご に お け

るマ ウス 自発 運 動 量 に及 ぼ す 影 響

動 量 の 積 算 値 を 示 し た.対 照群には TGF-β を溶 解 す る の に用 い た 溶 媒 の み を投 与 し た.

図3.3  TGF-β

り改 変)

転 か ご の 回 転 数)を

投 与 に よ りそ の 減 少 が み られ た(図3.3).こ

測 定 す る と,

れ らの結 果 よ りTGF-β

がお

そ ら く疲 労 感 を生 成 す る こ と に よ り,運 動 負 荷 に よ る 自発 行 動 量 の 減 少 に 関 与 す る こ とが 明 らか とな っ た.

  TGF-β

は も と も と細 胞 の 表 現 型 を トラ ンス フ ォー ム し,増 殖 させ る 活 性 と し

て 発 見 され た.そ

の 後 の 研 究 の 進 展 に よ りTGF-β

は 非 常 に さ ま ざ ま な作 用 を も

つ サ イ トカ イ ンの 一 つ と して 認 識 さ れ て お り,細 胞 の 成 長 ,分 化,機

能 の亢進 ま

た は そ の 逆 の抑 制 に も働 く多 機 能 性 を 示 す こ とが 明 らか と な っ て い る.こ の よ う な機 能 の一 環 と してTGF-β て い る.TGF-β

は,傷 害 や 炎 症 に伴 う組 織 の 損 傷 の 修 復 に も 関与 し

は脳 内 で も広 く発 現 が み られ,ニ

マ イ ク ロ グ リ ア な どで 発 現 が み られ る.そ て い る と考 え ら れ て い るが,こ

ュ ー ロ ン や ア ス トロ サ イ ト,

して 脳 内 で も上 記 の よ うな 機 能 を も っ

れ に加 え て疲 労 感 を発 生 させ る役 割 を も っ て い る

こ とが 筆 者 らの研 究 に よ り示 さ れ た.な ぜTGF-β 響 を 与 え る 働 き を もつ よ う に な っ た の か,そ

が こ の よ う な動 物 の行 動 に影

の 進 化 的 要 因 は 不 明 で あ る.し

か

し,疲 労 感 の役 割 の 一 つ と して,進 行 中の 運 動 を 止 め,運 動 に よ り消 耗 した 組 織 の 修 復 に 適 した 環 境 を整 え る 目的 が あ る とす れ ば,TGF-β

が 疲 労 感 を発 生 させ

る機 能 を もっ て い る と い う こ とは あ る 意 味 当 然 な の か も しれ な い.

  3.4  疲 労 感 と エ ネ ル ギ ー 代 謝   疲 れ た とい う感 覚 は,身 体 が エ ネ ル ギ ー を使 い果 た し動 け な くな って し ま うの を避 け る た め の 防 御 機 構 で あ る と考 え られ る.つ 生 させ,自

ま り脳 内TGF-β

は疲 労 感 を 発

発 行 動 を抑 制 す る こ と に よ り,そ れ 以 上 の末 梢 組 織 で の エ ネ ル ギ ー 消

費 を抑 え,回 復 を促 して い る の で あ ろ う.し か した と え疲 労 を感 じて も,運 動 を や め る こ とが 個 体 の 維 持 に直 接 危 機 を もた らす 場 合 が あ る.た

と え ば,わ れ わ れ

が 泳 い で い る と き,疲 れ た とい っ て 泳 ぐの を や め て しま え ば お ぼ れ 死 ぬ か も しれ な い.野 生 動 物 が 捕 食 者 か ら逃 亡 して い る と き も同 様 で あ る.こ の よ うな 状 況 で は,で

き る だ け 長 時 間運 動 を続 け て い られ る よ うに 身 体 の 代 謝 を変 動 させ る必 要

が あ る.   運 動 を始 め て初 期 の 段 階 は糖 質 が 主 に エ ネ ル ギ ー源 と し て使 用 され,徐

々 に脂

肪 酸 を用 い る割 合 が 高 くな っ て くる.糖 質 は 脂 肪 と比 較 して 貯 蔵 量 の 少 な い エ ネ ル ギ ー 源 で あ り,か つ,脳

の 主 要 なエ ネ ル ギ ー 源 で あ る.グ

リ コ ー ゲ ンは体 内 の

糖 質 の貯 蔵 形 態 で あ る が,筋

肉 に蓄 え られ て い る グ リ コー ゲ ンが 枯 渇 す る と円 滑

な筋 収 縮 に 支 障 を きた す.マ

ラ ソ ン に お い て 競 技 場 の最 後 の 直 線 ま で 勝 負 が もつ

れ た と き,爆 発 的 な ス プ リ ン トで 先 に ゴ ー ル す るた め に グ リ コ ー ゲ ンは 温 存 し な

くて は な らな い.野

生 動 物 で も最 後 の 瞬 間 に 敵 か ら逃 げ お お せ る た め に瞬 発 的運

動 の エ ネ ル ギ ー 源 で あ る グ リ コー ゲ ン を残 して お く必 要 が あ る.そ の た め 糖 質 主 体 か ら脂 肪 酸 主 体 へ とエ ネ ル ギ ー 基 質 の利 用 割合 を変 化 させ る こ と は長 時 間 運動 を行 わ ね ば な ら な い と き に は特 に重 要 に な っ て くる.運 動 に よ り疲 労 を感 じ始 め る 頃 に は体 内 の エ ネ ル ギ ー が あ る程 度 消 費 され てい るが,こ

の 時点で運動 をやめ

る こ とが で き な い の で あ れ ば,持 久 運 動 に備 え てエ ネ ル ギ ー 代 謝 を脂 肪 酸 代 謝優 位 に 変 化 させ る 方 が 合 理 的 で あ る.TGF-β な っ て い る が,単

は脳 内 で疲 労 感 を引 き起 こ す 一 因 と

に 疲 労 感 を 生 成 す る だ け で は な く代 謝 に も影 響 を与 え て い る か

ど うか 興 味 が も た れ た.   TGF-β

を 脳 内 に投 与 す る と,体 内 で エ ネ ル ギ ー 基 質 と して 何 が 酸 化 さ れ て い

るか と い う代 謝 状 態 の 指 標 とな る呼 吸 交 換 比(呼 は低 下 す る 傾 向 が み られ た(図3.4).ま

た,こ

吸 商)の

値 が 少 な く と も1時 間

の と き糖 質 燃 焼 量 に変 化 は み られ

なか っ た が,脂 肪 酸 燃 焼 量 の 有 意 な増 加 が み られ た(図3.5).酸 は み られ な か っ た こ とか ら,TGF-β 変 化 せ ず,脂

の脳 内 投 与 に よ っ て,エ

素消費量 に変化 ネルギ ー消費量 は

肪 酸 の 燃 焼 す る割 合 が 高 くな る こ とが 明 らか と な っ た.TGF-β

図3.4  TGF-β 脳 内投 与 が ラ ッ ト呼 吸 商 に 及 ぼ す影響 TGF-β

を ラ ッ ト脳 内 に 投 与 した と き そ の 呼 吸

商 の 変 化 を を測 定 し た.対

照 群 に はTGF-β

溶 解 す る の に 用 い た 溶 媒 の み を投 与 した.**: p＜0.01 (引用 文 献2よ

り改 変)

を

を

図3.5  TGF-β

脳 内 投 与 が ラ ッ ト脂 質 酸 化 に

及ぼす影響 図3.4と 同 様 の 条 件 で,ラ

ッ トが エ ネ ル ギ ー

基 質 と し て脂 質 を 用 い る 量 の 変 化 を示 し た. *:p＜0 .05,**:p＜0.01 (引 用 文 献2よ

り改 変)

投 与 した と き に み られ る これ らの 代 謝 変 化 は 持 久 運 動 を行 っ た と き,あ るい は そ の 後 の 代 謝 の 状 態 と 同 様 で あ り,TGF-β

の 運 動 時 の 代 謝 調 節 へ の 関 与 を 強 く示

唆 す る もの で あ る.脳 内TGF-β

に よ る脂 肪 酸 利 用 割 合 の 増 加 は持 久 運 動 に 適 し

た代 謝 状 態 にす る た め な の か,そ

れ と も運 動 終 了 後 の 身体 の 回 復 や 修 復 の た め な

の か は 不 明 で あ る が,TGF-β

は 疲 労 を引 き起 こ す よ うな 状 況 に 心 身 と も に 対 応

させ る 方 向 に はた らい て い る よ うで あ る.

  3.5  発 熱 と疲 労   風 邪 を ひ く と疲 労 感 が 生 じる.こ の ほ か に も発 熱,寒

気,眠 気,食

欲 低 下,関

節 痛 な ど さ ま ざ まな 症 状 が 現 れ る.こ の よ う な症 状 は 誰 に と っ て もあ ま り好 ま し い も の で は な い.し か し,こ れ に よ り動 物 は 初 期 に は体 調 の 異 変 を認 識 し,完 全 に 感 染 が確 立 して し ま っ た と きに は 活 動 を休 止 し て 回復 を期 す こ とに な る.こ れ らの 症 状 は い ず れ も身体 に と っ て不 利 な反 応 と思 わ れ る が,必 ず し もそ う と は い え な い.た

と え ば感 染 時 の 食 欲 低 下 に つ い て す ら何 らか の 利 点 が あ る よ う に思 わ

れ る.実 験 的 に感 染 症 を引 き起 こ した マ ウス に 健 康 な マ ウ ス と同 カ ロ リー の 食 餌 を摂 取 させ る とそ の 死 亡 率 が 有 意 に増 加 して し ま う こ とか ら,食 欲 を低 下 させ 食 餌 摂 取 を抑 制 す る 反 応 に は 感染 症 に対 して 有 利 と な る何 らか の 機 能 が あ る こ と を

示 唆 し て い る.ま た 発 熱 に は ウ イ ル ス や バ ク テ リア の 増 殖 を抑 制 し,免 疫 細 胞 を 活 性 化,増

殖 さ せ る 目的 が あ る.寒

ぎ,(感 染 防 御 的)発

気 を 感 じる こ と に は 体 熱 の 余 計 な放 散 を 防

熱 状 態 を効 率 良 く維 持 す る た め の 行 動 を 引 き起 こす 意 味 が

あ るの か も しれ ない.感

染 時 の 疲 労 感 は運 動 時 の 疲 労 以 上 に動 く こ とが 不 利 に な

る とい う こ と を知 らせ る もの だ と考 え られ る.痛 み や 発 熱 は生 体 に何 らか の 不 具 合 が あ る こ と を知 らせ,そ

の 原 因 に 対 処 す る 反応 を引 き起 こす もの で あ り,そ の

よ う な意 味 で 疲 労 感 も同 様 の 警 告 信 号 で あ る と見 な され る.生 体 防 御 反 応 と し て の 発 熱 は 遮 断 す る方 が 感 染 の 除 去 を 遅 らせ て し ま う.し か し過 剰 な反 応 は 身 体 に と っ て大 き なス ト レス と な って しま うた め,痛 み,発 熱,疲 労 感 と も不 必 要 な部 分 に 関 して は コ ン トロ ー ル が 必 要 な こ と は い う まで も ない.   風 邪 の よ う な全 身 に お よぶ 感 染 症 で は,単 球 や マ ク ロ フ ァー ジが 活 性 化 され サ イ トカ イ ンが 分 泌 さ れ る.こ

の血 中 に放 出 され た サ イ トカ イ ンが 脳 に作 用 す る こ

と に よ り,動 物 の 行 動 量 や 摂 食 量,体 に な っ て い る.ヒ

温 な どに 大 きな影 響 を与 え る こ とが 明 らか

トに お い て も同 様 で 癌 な どの 治 療 目的 で サ イ トカ イ ン を投 与 す

る と副 作 用 と して発 熱,食

欲 低 下,頭

痛,疲

労 感 な どの症 状 が み られ る.つ

まり

感 染 症 に よ る疲 労 感 とサ イ トカ イ ン と の 関 連 が 強 く示 唆 さ れ て い る.   運 動 に よ る 疲 労 感 生 成 時 のTGF-β TGF-β

の働 き か ら,感 染 に よ る疲 労 感 に も同 様 に

が 関 与 して い る か も しれ な い と 考 え られ た.そ

して合 成 二 本 鎖RNAで

こ で疑 似 的 感 染 モ デ ル と

あ るpolyinosinic-polycytidylic acid(Poly-I:C)を

ラッ

トの腹 腔 内 に投 与 す る こ と で 感染 様 症 状 を 引 き起 こ し,感 染 に よ り引 き起 こ され る疲 労 感 とTGF-β 鎖RNAが

との 関 連 に つ い て 検 討 した.ウ

大 量 に合 成 され,こ

イ ル ス が 増 殖 す る際 に は二 本

れ に よ り体 内 の免 疫 系 が 活 性 化 さ れ,一

防 御 反 応 が 引 き起 こ され る.こ の た め,Poly-Ⅰ:Cを

連の感染

投 与す る とウイルス感染 と

同様 の 症 状 が 引 き起 こ さ れ る こ と を利 用 した 。   Poly-I:Cを (図3.6).ラ

腹 腔 内 に投 与 す る とラ ッ トの 行 動 量 は激 減 す る の が 観 察 さ れ る ッ トは うず く ま っ て動 か な くな り,餌 も ほ とん ど食 べ な い.こ

の症 状 に 対 応 す る よ う に脳 脊 髄 液 中 のTGF-β

れら

濃 度 の 増 加 が 見 ら れ た(図3.7).

ラ ッ トの 自発 行 動 減 少 に先 立 っ て脳 脊 髄 液 中 でTGF-β

濃 度 が 上 が る こ と は,こ

の サ イ トカ イ ンが 感 染 時 の疲 労 様 行 動 の 発 現 に も関 与 して い る こ と を示 唆 す るデ ー タ と考 え られ る .

図3.6  Poly I:C腹

腔 内 投 与 が ラ ッ ト自発 行 動 量 に 及 ぼ す 影 響

Poly Ⅰ:Cを 生 理 食 塩 水 に 溶 解 し ラ ッ ト腹 腔 内 に投 与 した と き の 自発 行 動 量 の 変 化 を示 した.対

照 群 に は生 理 食 塩 水 の み を

投 与 した.

図3.7 

Poly I:C腹

腔 内投与 が 脳脊 髄 液 中

TGF-β 濃 度 に 及 ぼ す 影 響 ラ ッ ト腹 腔 内 にPoly I:Cを 投 与 し た と きの 脳 脊 髄 液 中TGF-β <0.05.

濃 度 の 変 化 を 示 した.*:p

  免 疫 細 胞 に よ り分 泌 さ れ る サ イ トカ イ ン は 大 ま か に わ け る と 炎 症 性 と抗 炎 症 性 の も の に 分 類 さ れ る が,TGF-β C投

は 後 者 に 分 類 さ れ る.ウ

イ ル ス 感 染 時 やPoly-Ⅰ:

与 に よ り一 般 的 に は血 液 中 の 炎 症 性 サ イ トカ イ ンが 増 加 す る と さ れ て お り,

そ の 中 で もinterleukin-1β

やtumor

necrosis

factor-α,

interferon-α

な どが 感 染

時 の う つ 症 状 や 食 欲 の 低 下,行 と が 知 ら れ て い る.TGF-β

動 量 の 低 下 で 表 さ れ る 疲 労 感 の 生 成 に 関 与 す る こ は 末 梢 組 織 で は 抗 炎 症 性 サ イ ト カ イ ン と し て 働 き,

炎 症 性 サ イ ト カ イ ン の 産 生 や 活 性 を 減 弱 さ せ る.脳

内 で も お そ ら く抗 炎 症 性 サ イ

ト カ イ ン と し て 炎 症 性 サ イ ト カ イ ン の 過 剰 な 働 き を 抑 制 し て い る の だ ろ う.し し,TGF-β

か

を脳 内 に 投 与 す る と 自発 行 動 量 の低 下 が み られ る 現 象 は サ イ トカ イ

ン と し て の 働 き で は 説 明 で き ず,脳 考 え ら れ る.こ

内 で は この ほ か に も別 の 作 用 を もっ て い る と

の よ う な 働 き を 示 す 例 と し て,脳

内 にTGF-β

ト で は 脳 波 の う ち β 波 の 増 加 と α 波 の 減 少 が,ま

を投 与 す る と ラ ッ

た 細 胞 外 液 中 の 神 経 伝 達 物 質

濃 度 の 変 動 に 表 さ れ る 神 経 活 動 の 変 動 が い くつ か の 脳 部 位 で 明 ら か と な っ て い る.こ

れ ら はTGF-β

る の で は な く,神

が サ イ トカ イ ン と し て 別 の 免 疫 担 当 細 胞 に 対 し作 用 し て い 経 細 胞 に 作 用 し て 脳 の 活 動 を 変 調 し て い る こ と を 示 し て い る.

  感 染 に よ る 疲 労 感 と運 動 に よ る 疲 労 感 で は そ の 原 因 は 明 らか に ま っ た く異 な る も の で あ る.こ か ら,両

れ に 対 しTGF-β

は 感 染 で も 運 動 で も脳 脊 髄 液 中 で 増 加 す る こ と

者 の 疲 労 感 生 成 機 構 の う ちTGF-β

路 が あ る の か も し れ な い.い

が 関 与 す る 部 分 な ど一 部 は共 通 の 経

ず れ の 場 合 に お い て も疲 労 感 は行 動 を抑 制 し 身体 を

回 復 さ せ る と い う 目 的 で は 共 通 で あ り,疲 消 耗 さ せ る 刺 激(ス る の が 脳 内TGF-β

ト レ ス)を

労 感 を 形 成 す る 機 構 に お い て,身

脳 内 に 伝 え,メ

体 を

デ ィ エ ー ター の 一 つ と して 機 能 す

だ と 考 え ら れ る. 引 用

1)  Inoue K, Yamazaki

H, Manabe

文 献

Y, et al.(1999)Transforming

cise in brain depresses spontaneous

motor

growth factor beta activated during exer

activityof animals. Relevance

to central fatigue.Brain Res,

846,145-153 2)  Yamazaki

H, Arai M, Matsumura

S, et al.(2002)Intracranial

factor-beta3 increases fat oxidation in rats.Am 3)  井 上 正 康,倉

恒 引 彦,渡

辺 恭 良(2001)疲

労 の 科 学,講 参 考

Inoue

K, Yamazaki

H, Manabe

administration of transforming

J Physiol Endocrinol Metab,283,

growth

E536-E544

談社

文 献

Y, et al.(1998)Release

of substance

that suppresses

spontaneous

activityin the brain by physical exercise. Physiol Behav, 64,185-190 Yamamoto T, Newsholme EA(2000)Diminished central fatigue by inhibition of the L-system for the uptake of tryptophan. Brain Res Bull,52(1),35-8

motor

transporter

4.筋

肉増強 の メカニズム

  筋 肉 はエ ネ ル ギ ー源 産 生 に 関 して 他 の 組 織 に ほ とん ど寄 与 し な い,利 己 的 な組 織 で あ る(後 述 す る よ う に非 常 時 に は ア ミノ酸 の 形 で 糖 新 生 な ど の基 質 供 給 源 と して,大

き な プ ー ル で は あ る).さ

らに 静 止 時 に も組 織 維 持 に 多 くの エ ネ ル ギ ー

を 使 い 続 け る 浪 費 家 と もい え る.こ の た め 動 物 の 身 体 にお い て 骨 格 筋 の 量 は必 要 な 量 だ け が 維 持 され る よ う厳 密 な調 節 を受 け て い る.   筋 肉 の 増 強 とい っ た場 合,骨 格 筋 の 出 力 の増 大 や 持 久 的 な運 動 能 力 の 増 大 が 想 定 され る.骨 格 筋 出力 は 究 極 的 に は 筋 断 面 積,す

な わ ち骨 格 筋 の 太 さ ・量 に よ り

決 定 され る.瞬 発 力 を 高 め るた め に は速 い 筋 肉 の 収 縮 特 性 と大 き な筋 出 力 が 必 要 で,こ の よ う な 能 力 を増 大 させ る トレー ニ ング は ウ ェ イ ト トレー ニ ング な どに代 表 され る,高 い負 荷 を か け て 運 動 す る レ ジス タ ンス ト レー ニ ン グで あ る.骨 格 筋 量 の 増 大 に は 筋 線 維 数 が 増 大 す る場 合,そ

れ か ら筋 線 維 が 太 くな る 場 合 が あ る.

筋 線 維 の 数 が 増 大 す る場 合 はhyperplasia(過 本1本

が 太 くな る場 合 をhypertrophy(肥

大)と

形 成),筋

線 維 の 数 は 増 え ず に1

す る.

  骨 格 筋 で の 持 久 運 動 能 力 を高 め る た め に は,有 酸 素 的 にエ ネ ル ギ ー を 産 生 す る 能 力 を 高 め る こ とが 必 要 で,そ の た め に は骨 格 筋 内 の ミ トコ ン ドリ ア量 を増 大 さ せ な け れ ば な らな い.そ

の と き,骨 格 筋 そ の もの も疲 労 しに くい タ イ プ に 変 換 さ

れ て い る 必 要 が あ る.ま た 当 然 の こ とな が らエ ネ ル ギ ー 源 や 酸 素 供 給 に 必 要 な血 管 系 の 発 達,細 胞 にエ ネ ル ギ ー 基 質 を取 り込 む た め の 各 種 担 体 の 増 大 も同 時 に起 こ る必 要 が あ る.

  4.1  筋 肉 の 遺 伝 子 発 現   骨 格 筋 は 形 態 的 に 複 雑 な器 官 で あ り,さ ま ざ ま な細 胞 が 三 次 元 的 に組 織 され て 本 来 の機 能 を果 たす.そ

の た め に複 雑 な発 生 過 程 を経 る.通 常 筋 肉 の 元 に な る細

胞(筋

芽 細 胞)の

増 殖,分

化,細

熟 とい う経 過 を た ど るが,形

胞 融 合(多

核 の 筋 管 形 成,さ

態 的 に特 徴 の な い 線 維 芽 細 胞 様 の筋 芽 細 胞 が 骨 格 筋

に 変 化 して い く過 程 は視 覚 的 に も大 きな変 化 で あ り,多 興 味 を も っ て い た.今

ら に組 織 化),成

くの 研 究 者 が そ の過 程 に

日骨 格 筋 の 発 生 過 程 は か な り明 らか に な っ て きて い る.

  a.  骨 格 筋 収 縮 タ ンパ ク質 の 種 類 と機 能,発 現   1)  骨 格 筋 形 成 の マ ス タ ー レギ ュ レ ー タ ー

  骨 格 筋 形 成 に はMyodと

い うタ

ンパ ク質 が す べ て の ス イ ッチ をオ ン にす る働 き を もつ マ ス タ ー レギ ュ レ ー タ ー だ と考 え られ て い る1).さ ま ざ ま な異 な っ た系 譜 の 細 胞 にMyodを 骨 格 筋 細 胞 へ の 分 化 を誘 導 す る こ とが で きる.す こ と を決 定 づ け られ た 細 胞 で あ っ て もMyodの

導入 す るだけで

な わ ち,他 種 の細 胞 に分 化 す る

導 入 で骨 格 筋 へ と分化 す る こ とか

ら,こ の 遺 伝 子 が 骨 格 筋 形 成 に 関 して マ ス ター レギ ュ レ ー タ ー と 考 え られ て い る.   個 体 の 発 生 時 に はMyodに (Myog)とMrf4が

加 え て 構 造 の 非 常 に よ く似 たMyf5,myogenin

骨 格 筋 分 化 に重 要 で あ る こ とが わ か っ て い る.こ れ ら は い ず

れ も塩 基 性 ヘ リ ッ ク ス-ル ー プ-ヘ リ ッ ク ス タ ン パ ク質(basic proteins, bHLH)と

呼 ば れ る ク ラ ス に属 す る.Myod,

Myf5を

伝 子 破 壊 した マ ウ ス で は正 常 に 骨 格 筋 が 形 成 され るが,こ る と骨 格 筋 は 生 成 し ない.MyodとMyf5は

helix-loop-helix そ れ ぞ れ 単 独 に遺

の 両 者 を同 時 に破 壊 す

胚 の 中 で 発 現 す る 部 位 が違 うの だ が,

互 い に 機 能 を補 完 す る こ とが で き る.MyogとMrf4は

この両者 に よって誘導 さ

れ る.   Myodに よ る 活 性 化 に 応 答 す る遺 伝 子 す べ て が 同 時 に 発 現 す る わ け で は な い. 一部 は た だ ち に 誘 導 され る が ,他 方 で 誘 導 に さ ら に2日 ほ ど必 要 な 遺 伝 子 もあ る.加

え て い くつ か の 遺 伝 子 発 現 は一 時 的 で あ り,い

現 が 減 少 す る もの もあ る.大 子,プ

くつ か の遺 伝 子 に は 直接 発

まか に は初 期 に誘 導 発 現 す る遺 伝 子 の 多 くは接 着 分

ロ テ ア ー ゼ も含 め た細 胞 外 マ トリ ッ クス 分 子,中

間 期 に発 現 す る遺 伝 子 群

は 大 部 分 が 遺 伝 子 転 写 調 節 因 子,最 後 に 発 現 す る遺 伝 子 群 は骨 格 筋 の収 縮 機 能 に 関 与 す る筋 線 維 と細 胞 骨 格 タ ンパ ク質 で あ る.す き,初 め に 細 胞 の遊 走 と位 置 決 定 が な され,次

な わ ち,Myodの

発 現 に 引 き続

に転 写 因 子 セ ッ トの 活 性 化 が 起 こ

り,分 化 の 最 終 段 階 に な っ て は じめ て骨 格 筋 収 縮 タ ンパ ク質 が 発 現 され る.   2)  横 紋 筋(心

筋 と骨 格 筋)に

発 現 す る ミ オ シ ン重 鎖 ア イ ソ フ ォ ー ム

  本章

で は心 筋 と骨 格 筋 を対 象 とす る.両 者 はい ず れ も横 紋 筋 を もつ.こ れ ら筋 肉 の 収 縮 特 性 を 決 定 す る の は ミオ シ ン重 鎖(myosin

heavy chain, MHC)で

は 骨 格 筋 を 形 成 し,化 学 的 エ ネ ル ギ ー(ATP)を る.MHCは

あ る.MHC

運 動 に変 換 す る 活 性 の 本 体 で あ

個 体 の 発 生 か ら成 熟 に 至 る まで に 時 期,お

よび 体 内 の 部 位 に よ っ て

異 な る ア イ ソ フ ォー ム が 発 現 す る 調 節 を 受 け て い る.MHCア

イ ソフォーム ご と

に 収 縮 速 度 が 異 な る.哺 乳 動 物 の 横 紋 筋 で 発 現 して い るMHCは

下 記 の もの が 同

定 され て い る2).   胚 型(embryonic):新

生 仔 型 と と も に 発 生 時 の 筋 肉 で 主 要 な ア イ ソ フ ォー ム

で あ る.咬 筋,外 眼 筋 で もみ ら れ る.ま た 成 熟 動 物 の 筋 再 生 時 に もみ られ る.   新 生 仔 型(neonatal):新

生 仔 の 骨 格 筋 に発 現 して い る タ イ プ.株 化 さ れ た 筋

細 胞 や 骨 格 筋 の 初 代 培 養 で発 現 す るMHCは   心 筋 型 α(cardiac い る.α-MHCは

胚 型 と新 生 仔 型 で あ る.

alpha,α-MHC):α

と β-MHCは

主 と して 心 筋 で 発 現 して

咬 筋 に も発 現 して い る.

  心 筋 型 β(cardiac beta,β-MHC/slow

type I):β-MHCは

心 筋,胚

の骨格 筋で

も見 ら れ る ほ か,成 熟 遅 筋 で 主 要 な ア イ ソ フ ォー ムで あ る.   遅 筋 型 タ イ プⅠ(slow

type Ⅰ):β-MHCと

同 じ.骨 格 筋 の 内 で も遅 筋 に多 く発

現 して い る.通 常 遅 筋 は 姿 勢 を保 つ 筋 肉 で,体   速 筋 型 タ イ プ Ⅱa(fast

深 部 に存 在 す る.

Ⅱa):速 筋 で 発 現 し て い る.速 筋 型 の 中 で 収 縮 速 度 が

最 も小 さ い.通 常 速 筋 は 大 き な 出力 を必 要 とす る 運 動 に用 い られ,体 表 面 に 近 い 部 分 に存 在 す る.   速 筋 型 タ イ プ Ⅱxま た は Ⅱd(fast

Ⅱx/Ⅱd):速 筋 で 発 現 して い る.中

間的な収

縮 速 度 を示 す.   速 筋 型 タ イ プ Ⅱb(fast

Ⅱb):速

筋 で 発 現 して い る.最

人 で は タ イ プ Ⅱbの 遺 伝 子 は存 在 す る が,Ⅱbタ

も収 縮 速 度 が 大 き い.

ンパ ク 質 の 発 現 は 確 認 で きな い

とす る報 告 が あ る.   外 眼 筋 型(extraocular

type):主

と して 外 眼 筋 と喉 頭 筋 に 発 現 が 限 局 さ れ た タ

イ プ.   下 顎/咀 嚼 筋 型(mandibular/masticatory

type, m-MHC):肉

食動物の下 顎筋 に

発 現 す る タ イ プ.   3)  心 臓 で のMHC発

現調 節

  ヒ ト心 臓 で は 心 室 に β-MHC,心

房 に α-

MHCが

発 現 し て い る が,ラ

ッ トな ど齧 歯 類 で は α-MHCが

主要 なアイ ソフォー

ム で あ る.   心 臓 は全 身 に血 液 を供 給 す る た め,動 物 の運 動 の 状 態 に対 す る適 応 を示 す.ま た 末 梢 血 管 抵 抗 の 増 大,す る.他 のMHC同

な わ ち 高 血 圧 に よる 機 械 的 負 荷 の増 大 に も影 響 を受 け

様 甲状 腺 ホ ル モ ンの 調 節 を受 け る(後 述).

  4)  骨 格 筋 で のMHC発 の タ イ プ(す

現調 節

な わ ち部 位 に よ るMHCア

  新 生 児 期 の 骨 格 筋 は まだ 未 分 化 で,筋

イ ソ フ ォ ー ム発 現 パ タ ー ン)も ま だ 決 ま

っ て い ない.遅 筋 と速 筋 を 決 め る要 素 の 一 つ に神 経 支 配 が あ る.す 神 経 の 発 火 パ タ ー ンが 遅 筋 と 速 筋 を 決 め る.神 innervation)と

肉

な わ ち,運 動

経 支 配 を つ け 替 え る(cross

新 し く付 け られ た神 経 の 性 質 に応 じて骨 格 筋 の タ イ プ が 変 わ る と

い う古 典 的 デ ー タが あ る3).   さ らに 遅 筋(抗 重 力 筋)の 発 達 に は体 重 が か か る刺 激(体

重 を支 え る動 作)が

必 要 で あ る.速 筋 の発 達 に は体 重 負 荷 は 必 要 な いが,甲 状 腺 ホ ル モ ン(後 述)が 作 用 しな い と未 分 化 の状 態 が 続 く.   骨 格 筋 で のMHC発 筋)で

現 は 可 塑 性 が あ る.普

は 遅 筋 型 と速 筋 型MHCが

通 の 人 の 速 筋(た

混 合 して発 現 され て い る が,同

と え ば 大 腿 四頭 じ筋 部 位 で あ っ

て も非 常 に良 く トレー ニ ング さ れ た マ ラ ソ ン ラ ンナ ー で は ほ と ん どが タ イ プIで あ り,短 距 離 選 手 や ウ ェ イ ト リ フ テ ィ ン グ選 手 で は タ イ プ Ⅱa/Ⅱxが 大 部 分 を 占 め る よ うに,ト   5)甲

レー ニ ン グ に よ っ て 骨 格 筋 ミオ シ ン発 現 パ ター ン は変 動 す る.

状 腺 ホ ル モ ンの 影 響

  甲状 腺 ホ ル モ ンはMHC発

現 に 大 きな 影 響 を与

え る.新 生 時 に は 甲状 腺 ホ ル モ ン濃 度 は非 常 に低 いが,成

長 に 伴 い そ の 濃 度 は次

第 に 増 加 す る.発 達 期 の 甲 状 腺 ホ ル モ ンは骨 格 筋 の 成 熟 を促 す と と もに,成 長 し て か ら は基 礎 的 な代 謝 量 を規 定 す る 作 用 を もつ.基 本 的 に,甲 状 腺 ホ ル モ ン濃 度 減 少 は遅 筋 型 へ の 変 換 を促 し,遅 筋 で は タ イ プ Ⅰ発 現 割 合 の 増 大 が,速 筋 で は タ イ プ Ⅱa発 現 割 合 の 増 大 が 起 こ る(骨 格 筋 へ の 負 荷 増 大 と 同 じ方 向).逆

に 甲状

腺 ホ ル モ ン濃 度 の 増 大 は 速 筋 型 へ の 変 換 を誘 導 し,タ イ プIの 発 現 減 少,タ Ⅱx/Ⅱb発 現 増 大 を もた らす(骨

イプ

格 筋 へ の 負荷 減 少 と同 じ方 向).

  心 臓 で は 甲状 腺 ホ ル モ ン濃 度 が 下 が る と β ア イ ソ フ ォー ム の発 現 が 増 大 す る. 長 期 的 な飢 餓 状 態 で も同 様 の変 化 が 起 き るが,こ

れ は低 栄 養 状 態 に 適 応 して 甲状

腺 ホ ル モ ン濃 度 が 減 少 す る こ と に よ る 影 響 と考 え られ る.

  4.2  骨 格 筋 に 対 す る トレ ー ニ ン グ の 影 響   a.  運 動 に よ る遺 伝 子 発 現 調 節   単 回 の運 動 に よ り,代 謝 関 連 酵 素,転 写 因 子,免 疫 変 調 因子 な どの 遺 伝 子 発 現 が 有 意 に増 大 す る こ とを多 くの 報 告 が 示 して い る.た だ し運 動 して い る最 中 は遺 伝 子 発 現 の 多 くは 抑 制 され て お り,大 部 分 の 遺 伝 子 発 現 は運 動 終 了 後 の 回復 期 に 最 も促 進 され る と して い る.   1回 の 運 動 に よ る影 響 と,同 異 な るが,運

じ運 動 を反 復 す る トレー ニ ン グの 影 響 は 明 らか に

動 強 度 と期 間,頻 度 な ど考 慮 す べ き要 素 が 多 くあ り,体 系 的 な解 析

は あ ま り進 ん で い な い.ト

レー ニ ン グ を反 復 す る こ とで 適 応 が起 こ り,物 理 的 に

同 じ大 き さの 運 動 負 荷 で あ っ て も生 体 に対 す る 影 響 が 異 な っ て くる な ど,解 析 が 複 雑 に な る こ とが 実 際 に起 こる.こ れ に比 べ て 単 回 の 運 動 に よる影 響 は条 件 を整 理 しや す い が,長 で き ない.ト

期 的 な トレー ニ ン グ に よ っ て 初 め て 現 れ る効 果 に つ い て は検 討

レー ニ ン グ効 果 の 検 討 をす る実 験 を行 う と き は条 件 の 設 定 を慎 重 に

行 う必 要 が あ る.こ の よ うな実 験 条 件 の むず か し さ の た め に,運 動 に 適 応 して発 現 す る タ ンパ ク質 に つ い て,そ の 転 写 レベ ル と転 写 以 降,翻 訳 レベ ル で の 調 節 の 寄 与 に つ い て 詳 し くは わ か っ て い な い.mRNA量

と合 成 さ れ る タ ンパ ク 質 の 量

は 必 ず し も 相 関 し て い な い 場 合 も多 く,mRNA量

の 増 加 に先 立 ち,タ

ンパ ク合

成 速 度 の 上 昇 が 起 き る場 合 が あ り,こ の 場 合 は タ ンパ ク 質 合 成 効 率 の 上 昇 で 対 応 して い る こ と に な る.   b.  運 動 に対 す る適 応 と これ に 関 与 す る調 節 因 子   1)  レ ジ ス タ ン ス トレ ーニ ン グ の 場 合

  レ ジス タ ンス ト レー ニ ン グ は た とえ

ば ウ ェ イ ト トレー ニ ン グの よ うに 高 い 負 荷 を か け て 運 動 す る こ とに よ り筋 出力 の 増 大(筋

肉増 大)を

目指 す もの で あ る.筋 肉 の 肥 大 が 起 き る よ うな 高 強 度 の 負 荷

に よ る ト レー ニ ン グ で,細 胞 の体 積 に対 す る細 胞 核 の割 合 が 一 定 だ とす る報 告 が あ る.こ の こ と は筋 細 胞 に な る こ とが 決 定 さ れ て い る が休 止 状 態 に あ る 衛 星 細 胞 が 筋 線 維 と して 分 化 し,既 存 の 筋 線 維 と融 合 して 筋 肥 大 が 起 きる こ と を示 して い る.こ れ は 冒 頭 で述 べ たhypertrophyで

あ る.衛 星 細 胞 の分 化 に際 して は発 生 段

階 で 骨 格 筋 が 形 成 さ れ る場 合 と同 様 の 過 程 を経 て い る と考 え られ て い る.ま た 協 調 筋 の腱 を切 除 す る こ と に よ り残 っ た 筋 肉 の肥 大 を促 す 実験 系 で は筋 線 維 数 の 増 大 が 観 察 さ れ る.筋 肥 大 と して は 非 生 理 的 な条 件 と考 え られ るが,こ

れ は代 償 的

肥 大 で あ り,hyperplasia(過  ⅰ) MHCパ

タ ー ン 

形 成)で

あ る.

レ ジ ス タ ン ス トレ ー ニ ン グ に お い て,ラ

プ Ⅱb発 現 が 減 少 し タ イ プ Ⅱxの 発 現 が 増 大 す る.ヒ の 発 現 変 換 が 見 ら れ る.最

ッ トで は タ イ

トで は タ イ プ Ⅱxか ら Ⅱaへ

も大 きな 収 縮 速 度 を示 す タ イ プ Ⅱbは 必 ず し も トレー

ニ ン グ に よ っ て発 現 が 増 大 せ ず,や

や 収 縮 速 度 の 遅 い タイ プ の ア イ ソ フ ォー ム の

割 合 が 増 大 す る.瞬 発 能 力 増 大 を 指 向 した トレー ニ ング で あ っ て もま っ た く運 動 しな い状 態 に比 べ て 反 復 的 な運 動 を行 な わ ね ば な ら な い た め,相 対 的 に持 久 運 動 能 力 の 高 い Ⅱaや Ⅱxの 発 現 割 合 が 増 大 す る の か も しれ な い.  ⅱ)  筋 肉 量 の 調 節  ①

タ ン パ ク 同化 作 用 を もつ ホ ル モ ン   全 身 の タ ンパ ク 質 合 成 を 高 め る作 用

を もつ ホ ル モ ンを ア ナ ボ リ ッ クホ ル モ ン と呼 ぶ.全

身 の タ ンパ ク質 が 増 え る こ と

に よ っ て骨 格 筋 タ ンパ ク質 量 も増 大 す る こ とに な る.こ の よ う な作 用 を もつ ホ ル モ ン と して,成 IGF),男

長 ホ ル モ ン,イ ン ス リン様 成 長 因 子(insulin-like

性 ホ ル モ ン(ア

ン ドロ ゲ ン)な

growth

factor,

どが あ る.い ず れ の ホ ル モ ン も標 的 と

な る 組 織 は 骨 格 筋 に 限 ら ない た め,単 に 投 与 した だ け で は他 の 組 織 へ の作 用 も現 れ る.た

だ しIGF-Iは

骨 格 筋 へ の 強 い 関 与 が 示 され て お り,成 長 ホ ルモ ンの骨 格

筋 に 対 す る作 用 はIGFを

介 す る もの で あ る と考 え られ て い る.

  男 性 ホ ル モ ンの 一 種 テ ス トス テ ロ ンは 強 力 な タ ンパ ク 同化 作 用 を も ち,そ の 化 学 的類 縁 体 に は ア ナ ボ リ ッ クス テ ロ イ ドと称 され ドー ピ ング の 代 表 的 な薬 剤 と し て 知 られ て い る もの が 多 くあ る.通 常 の トレー ニ ン グ に よる 筋 肥 大 に も内 因性 男 性 ホ ル モ ンが 関 与 し て い る こ とが 示 さ れ て い るが4),ト の ホ ル モ ン濃 度 は変 動 し ない.こ

レー ニ ング に よ って 血 中

の と き ト レー ニ ン グ した骨 格 筋 で だ け男 性 ホ ル

モ ン に 対 す る受 容 体 数 が 増 大 し,そ の 感 受 性 が 高 ま っ て い る こ とが 示 され て い る5).こ れ は トレ ー ニ ン グ した骨 格 筋 だ け で肥 大 が 起 こ る こ と を説 明 し,も

し血

液 中 の ホ ル モ ン濃 度 増 加 で対 処 す る と必 要 の な い他 の 組 織 に まで 効 果 が 出 て し ま う の を回 避 す る 機 構 だ と考 え られ る.  ②

ミオ ス タ チ ン

 ミ オ ス タチ ン(myostatin),あ

ferentiation factor-8(GDF-8)はtransforming

growth

る い はgrowth

and dif

factor-beta(TGF-β)ス

ー パ ー フ ァ ミ リー に属 す る メ ンバ ー と して ク ロ ー ニ ン グ され た .こ の 遺 伝 子 を 欠 損 させ た マ ウ ス で は骨 格 筋 量 が 増 大 す る こ とか ら,正 常 な ミオ ス タチ ン は骨 格 筋

量 を 負 に 調 節 す る 因 子 で あ る と考 え られ た.ま ず,成

熟 した 動 物 で も機 能 す る.抗

た そ の作 用 は発 生 時 に と ど ま ら

ミオ ス タ チ ン中 和 抗 体 を成 熟 マ ウス に投 与,

あ る い は生 まれ て か ら ミオ ス タチ ン遺 伝 子 を 削 除 で きる よ う に した コ ン デ ィ シ ョ ナ ル ノ ック ア ウ トマ ウ スで そ の 作 用 を遮 断 す る と,成 熟 した マ ウ ス で 骨 格 筋 量 の さ らな る 増 大 が 確 か め られ て い る.さ muscled)ウ

シ で,そ

らに,遺 伝 的 に骨 格 筋 量 が 多 い(double-

の 原 因 と して ミオ ス タ チ ンの 変 異 が 確 認 され,畜

野 で も注 目 を集 め て きた.ミ

オ ス タチ ンの発 現 量 が 栄 養 条 件,あ

産 学 の分

る い は運 動 に よ

っ て 変 動 す る とい う報 告 もあ り,筋 肉量 の増 大 に関 しお お い に興 味 が も た れ る 因 子 で あ ろ う.そ の 作 用 機 構 に 関 して は ま だ詳 細 は明 らか で は な いが,筋

萎 縮 や病

的 な消 耗 な ど に対 す る治 療 の 一 環 と して 利 用 され る 可 能 性 が あ る.  ⅲ)  エ ネ ル ギ ー 代 謝 酸 素 状 態 で はhypoxia 酵 素,グ

  短 時 間 の 瞬 発 的 な 筋 収 縮 は 無 酸 素 的 に 行 わ れ る.低

inducible factor-1alpha(HIF-1α)が

ル コー ス 輸 送担 体,酸

が 一 斉 に合 成 され る.レ 格 筋 で生 じて お り,HIFを

素 輸 送 に 関係 す る タ ンパ ク 群 を合 成 す る酵 素 な ど

ジ ス タ ンス ト レー ニ ン グ時 に は部 分 的 に低 酸 素 状 態 が 骨 介 し て適 応 が 起 こ っ て い る と考 え られ て い る

  2)  持 久 トレー ニ ン グの 場 合 維 持 しつ つ,長

安 定 化 し,解 糖 系 の

  持 久 トレー ニ ン グ で は で き る だ け 高 い速 度 を

時 間 の 運 動 を行 う能 力 の発 達 を 目指 す.レ

ジ ス タ ンス トレ ー ニ ン

グ と は異 な り,持 久 トレー ニ ング へ の 適 応 で は 筋 肥 大 の程 度 は低 く,む

しろ筋 細

胞 で 発 現 さ れ て い る タ ンパ ク質 の 種 類 や ア イ ソ フ ォー ム の持 久 運 動 に 適 した もの へ の 変 化 が 主 で あ る.持 久 トレー ニ ングの 強 度 と量 に よ り タ ンパ ク 質 の 発 現 パ タ ー ン は影 響 を 受 け ,適 応 の 程 度 は 異 な った もの に な る.  ⅰ) MHCパ を示 す.遅

ター ン

  MHC発

現 パ タ ー ンは 遅 筋 と速 筋 に よ っ て 異 な る 応 答

筋 で は発 現 す るMHCは

タ イ プIが メ イ ンの ま ま変 化 し な い.こ れ に

対 し速 筋 で は Ⅱa,Ⅱxの

発 現 が 増 大 し,Ⅱbの

発 現 は減 少 す る.さ

ら に,よ

り長

期 の トレー ニ ング で は タイ プIが 発 現 して く る可 能 性 が あ る.   心 臓 で は β ア イ ソ フ ォ ー ム の 発 現 が 増 大 す る.心 臓 に 対 す る 機 械 的 負担 増 (高血 圧)で

も 同様 の 現 象 が 起 き る こ とか ら共 通 の メ カニ ズ ム が 作 動 して い る と

考 え られ るが 詳 細 は ま だ不 明 で あ る.  ⅱ)  エ ネ ル ギ ー代 謝

 持 久 運 動 能 力 を高 め る こ と はす な わ ち有 酸 素 的 に効

率 良 くエ ネ ル ギ ー を産 生 し,エ ネ ル ギ ー 源 と して 脂肪 を よ り効 率 良 く使 え る よ う

に す る こ とで あ る.貯 蔵 量 の 限 られ た糖 質 エ ネ ル ギ ー 源(グ

リ コー ゲ ン)に 比 べ

て脂 肪 の 量 は は るか に多 く,よ り長 い 運 動 に必 要 な エ ネ ル ギ ー を まか な う こ とが で きる.有 酸 素 的 な エ ネ ル ギ ー産 生 を担 う もの は細 胞 内小 器 官 の ミ トコ ン ドリ ア で あ る.持 久 運 動 能 力 の 高 い 遅 筋 は ミ トコ ン ド リア 量 が 多 い.ま た 酸 素 と結 合 す る タ ンパ ク質 で あ る ミオ グ ロ ビ ンの量 も多 い こ と もあ わせ て赤 っ ぽ く見 え,赤 筋 と呼 ば れ る こ と も あ る.一 流 の長 距 離 選 手 で は骨 格 筋 は赤 筋 が ほ と ん どで あ る こ と は前 述 した が,収 縮 速 度 は トレー ニ ン グ して い な い 人 に比 べ て ず っ と速 く,赤 筋 は 遅筋 で あ る とす る と誤 解 を招 くこ とが あ る.骨 格 筋 に お い て ミ トコ ン ドリア の 量 は 有 酸 素 的 な運 動 能 力 を決 定 す る 一 因 で あ る.こ れ 以 外 に も十 分 な酸 素 とエ ネ ル ギ ー 基 質 を供 給 す る た め に心 血 管 系 が,さ

らに骨 格 筋 細 胞 側 で 基 質 取 込 能力

の 発 達 が 必 要 で あ る こ とは い う まで もな い.  ⅲ) 

ミ トコ ン ド リ ア 数 の 調 節

chondria

biogenesis)の

peroxisomal

  ミ トコ ン ド リア そ の も の の 生 合 成(mito

マ ス タ ー レギ ュ レー ター は 転 写 活 性 化 補 助 因 子 で あ る

proliferator-activated receptor gamma

で あ る と考 え られ て い る.PGC-1α 子 活 性 化 受 容 体(peroxisomal

coactivator-1alpha(PGC-1α)

は核 内 受 容 体 の 一種 ペ ル オ キ シ ソ ーム 増 殖 因

proliferator-activated receptor, PPAR)-γ

に会 合 し

て 転 写 の 活 性 化 を行 う因 子 の 一 つ で あ る.こ の ほ か に核 内 ホ ル モ ン受 容 体(レ ノ イ ン酸 受 容 体,甲 る.ミ

状 腺 ホ ル モ ン受 容 体 な ど)と

チ

も会 合 し て転 写 の 調 節 に 関与 す

トコ ン ドリ ア の酵 素 を コー ドして い る多 くの遺 伝 子(細 胞 核 に コ ー ドされ

て い る),あ

る い は ミ トコ ン ドリ アDNAに

コ ー ドさ れ て い る遺 伝 子 群 はPGC-

1α と これ に 相 互 作 用 す る転 写 因 子 に 直 接 転 写 制 御 され て い る(ミ は 自前 の 遺 伝 子 を もつ が す べ て で は な く,ミ の 多 くは 細 胞 核 で コ ー ドさ れ て い る).こ

トコ ン ド リア

トコ ン ドリ ア を構 成 す る タ ンパ ク質

の よ う にPGC-1α

は ミ トコ ン ド リア と

い う細 胞 内 小 器 官 の 形 成 に 関 係 す る多 種 の 遺伝 子 群 の発 現 の ス イ ッチ を オ ンに す る重 要 な働 き を もつ.さ

ら にPGC-1α

こ と が 明 らか に され て い る.PGC-1α

の発 現 は持 久 的 な運 動 に よ っ て 増 大 す る はmyocyte

enhancer

factor 2c(MEF2c)

と相 互 作 用 す る こ と も報 告 され て い る こ とか ら,持 久 的 な トレー ニ ン グ に お け る 骨 格 筋 の適 応 で 重 要 な役 割 を担 っ て い る と考 え られ る.   3)  脱 トレ ー ニ ン グ な ど の 影 響 や 宙 吊 り状 態 の 四 肢,ベ

  重 力 に抗 す る必 要 が な い状 態(無 重 力 状 態

ッ ドで寝 た ま ま の状 態 な ど)で

は タ イ プIの 発 現 が 減 少

し,速 筋 タ イ プのMHC発 少 す る た め,筋

現 が 増 大 す る.た だ し筋 タ ンパ ク質 合 成 そ の もの が 減

重 量 は減 少 す る.こ

は ふ れ なか っ た がforkheadタ

の過 程 に前 述 した マ イオ ス タテ ィ ンや 本 項 で

イ プ の 転 写 因 子,FOXO1が

関 与 して い る と考 え ら

れ る6).実 験 的 に運 動 神 経 を切 除 し,骨 格 筋 収 縮 をで き な い よ う に した場 合 も基 本 的 に は 重 力 が な い状 態 と 同 じ変 化 が 起 きる.   4)  運 動 刺 激 の 変 換 機 構 で,運

動 の 刺 激(あ

  運 動 状 態 に応 じて さ ま ざ ま な 適 応 が 起 き る う え

るい は重 力 に 抗 す る動 作)を

化 学 的 シグ ナ ル に変 換 す る メ カ

ニ ズ ム が 存 在 す る は ず で あ る.こ の よ うな機 構 の 一 部 と して,細 胞 に及 ぼ す 変 形 や ス トレス を化 学 的 シ グナ ル に 変換 す る機構 と して イ ンテ グ リ ン に リ ン ク し た キ ナ ー ゼ類,骨

格 筋 が 収 縮 す る 際 に 放 出 さ れ る カ ル シ ウ ム濃 度 の 変 動 に よ り活 性 化

され る カ ル シ ニ ュ ー リ ンの 作 用 が 注 目 さ れ て い る.骨 格 筋 肥 大 と持 久 運 動 へ の適 応 は異 な る 応 答 な の で 同 じカ ル シ ニ ュー リ ンが 関 係 す る た め に は これ に加 え て お の お の の 適 応 に特 異 的 な 別 の 因子 が 必 要 に な るだ ろ う.カ ル シ ウ ム は さ ま ざ ま な シ グ ナ ル伝 達 機 構 に お け る メ ッセ ン ジ ャ ー で あ る こ と に加 え て,骨 格 筋 で は そ の 収 縮 を 引 き起 こす 因子 で もあ る た め,骨 格 筋 で起 こ る さ ま ざ まな 適 応 に深 く関 与 して い る こ とが 予 測 され る.筋 収 縮 とい う共 通 の イベ ン トに対 して 適 応 の 方 向 を 分 け る 因子 を同 定 す る こ とは 非 常 に重 要 で あ ろ う.

  4.3  食 品 成 分 と筋 肉 増 強   運 動 時 に は 多 くの エ ネ ル ギ ー を消 費 す る.こ の と き十 分 な貯 蔵 エ ネ ル ギ ー が 利 用 で き な け れ ば 糖 新 生 な どの 材 料 と して 体 タ ンパ クが 分 解 さ れ る.運 動 後 の消 耗 か らの 回復,あ

るい は骨 格 筋 の 増 大 時 に タ ンパ ク質 の 合 成 が 亢 進 す る が,そ

のと

きに は 基 質 と して 多 くの ア ミノ 酸 を必 要 とす る.こ の と き材 料 と して の タ ンパ ク 質,あ

る い は ア ミ ノ酸,エ

ネ ル ギ ー源 と して の糖 質 が 不 足 して い て は 十 分 な タ ン

パ ク 質合 成 が で き ない.運 動 に よ る骨 格 筋 増 大 は,そ の 筋 肉が 絶 対 必 要 だ と認 識 さ れ て初 め て 開 始 され る.そ い 別 の組 織(ト

こで こ れ を 達 成 す る た め に は あ ま り利 用 され て い

レー ニ ン グ に参 加 し て い な い 骨 格 筋 や 肝臓)を

分 解 して ま で も必

要 な ア ミ ノ酸 を確 保 す る よ うな 応 答 が 起 こ る.運 動 選 手 に と っ て骨 格 筋 はパ フ ォ ー マ ンス を決 定 す る 重 要 な組 織 で あ る が ,こ の よ うに い った ん つ く り上 げ た筋 肉 を分 解 ・再 構 成 す る の は 非 常 に 効 率 が 悪 く,ト レー ニ ン グ本 来 の 目的 が 達 成 で き

な い.こ の た め 十 分 な栄 養 を補 給 す る こ とが 非 常 に 重 要 と な る.ま た 筋 タ ンパ ク 質 の 分解 を抑 制 す る 働 きが 報 告 され て い る分 枝 鎖 ア ミノ 酸 を トレー ニ ン グ 前 に摂 取 し,強 い トレー ニ ン グ に よる 骨 格 筋 の 分 解 を 防 ぐな ど,栄 養 素 の摂 取 の タイ ミ ン グ も考 慮 しな け れ ば な らな い.こ

の と き摂 取 す る 栄養 素 につ い て も,糖 質 の み

な らず糖 質 とア ミノ 酸 の 組 合 せ,あ

る い は糖 質 と タ ンパ ク質(の 部 分 分 解 物)の

組 合 せ な ど,さ ま ざ ま な処 方 も開 発 され て い る.い ず れ に して も効 果 的 な 筋 肉 増 強 を 得 る た め に は,ト

レ ー ニ ン グ時 に 十 分 なエ ネ ル ギ ー と材 料 と して の タ ンパ ク

質 を 適切 な タ イ ミ ン グで 摂 取 す る こ とが 必 要 で あ る.イ

ンス リ ンや 成 長 因 子,栄

養 状 態 の 指 標 で あ る グ ル コ ー ス や ア ミノ 酸 濃 度 の情 報 を統 合 し,細 胞 内 に伝 え る 因子 と し てmammalian

Target of Rapamycin(mTOR)が

注 目 され て い る が,こ

の タ ンパ ク 質 の 活 性 と運 動 と の 関 連 に つ い て も さ ら に検 討 す る 必 要 が あ る だ ろ う.   脂 溶性 ビ タ ミ ンは核 内受 容 体 を介 して 直 接 遺 伝 子 発 現 に影 響 を与 え る.こ の よ う な ビ タ ミ ンは食 品 と して摂 取 さ れ,生 体 に直 接 影 響 を及 ぼ す 例 と して 非 常 に重 要 な もの で あ る.PGC-1α

は これ ら核 内 受 容 体 の 補 助 因 子 で あ る こ とか ら,脂 溶

性 ビ タ ミ ン な ど の レベ ル も ミ トコ ン ドリ ア遺 伝 子 発 現 に影 響 し う る.た

と え ば,

同 じ核 内 受 容 体 の 一種 で あ る ペ ル オ キ シ ソ ー ム 増 殖 因 子 活 性 化 受 容 体(peroxi some

proliferator-activated receptor, PPAR)-α

は 絶 食 時 に そ の発 現 が 増 大 す る.

ま た 同 様 に血 中 で は 脂 肪 酸 濃 度 が 増 大 す る.脂 肪 酸 は この 受 容 体 に対 す る 内 因 性 の リ ガ ン ド と考 え られ て お り,こ の シ グ ナ ル は ミ トコ ン ドリ ア で の β 酸 化 酵 素 の 増 加 を誘 導 す る.同

じメ カニ ズ ム は 高 脂 肪 食 摂 取 時 に も筋 ミ トコ ン ドリア の 増

大 を促 進 し うる.こ の ほ か,タ

ンパ ク 質 栄 養 状 態 でIGF-Ⅰ の 量 が 変 動 した り,エ

ネ ル ギ ー 充 足 状 態 に よ っ て 甲 状 腺 ホ ル モ ン レベ ル が 変 動 す る こ とな ど は骨 格 筋 の 状 態 に 影 響 を与 え る.   食 物 の 影 響 は あ ま り強 力 で は な く,ト レー ニ ング 時 に も即 時 の効 果 を 認 識 で き な い た め 軽 視 され が ちで あ る.し

か しな が ら非 常 に 多 くの タ ンパ ク質 の発 現 に影

響 を 与 え る核 内受 容 体 に対 して 直 接 影 響 す る例 や,そ の 他 の 内分 泌 因 子 に も影 響 を 与 え る こ とか ら,エ

ネ ル ギ ー 源 や 身 体 づ く りの 材 料 と して と らえ る の に加 え

て,一 種 の 信 号 と し て も働 き う る と認 識 し,ト レー ニ ン グ時 の処 方 を検 討 す る必 要 が あ る だ ろ う.

引

1)  Tapscott

SJ(2005)The

transcription. 2)  Baldwin

Haddad

gene

F(2001)Effects

expression

AJ, Eccles

Inoue

JC

and

K, Yamasaki

presses 5) 

and

chain

3)  Buller 4) 

circuitry of a master

K, Yamasaki

the number

in striated

Eccles

S, Fushiki

exercise-induced

Inoue

文

献

switch:Myod

and

the regulation

of different

activity

of skeletal

muscle

paradigms

on

gene

Development,132,2685-2695

KM

heavy

用

RM

muscle.J

(1960)J

T, Okada

S, Fushiki

Sugimoto

of skeletal

T, Kano

receptors

E

muscle.

T, Moritani

following

and

inactivity

myosin

Physiol,90,345-357

Physiol,150,417-439

Y and

hypertrophy

of androgen

Appl

T, Itoh

electrical

(1994)Androgen Eur

J Appl

K and

receptor

Sugimoto

stimulation

antagonist

sup

Physiol,69,88-91 E(1993)Rapid

of the rat muscle.

increase

Eur J Appl

in

Physiol ,

66,134-140 6) 

Kamei

Y,

Miura

Aburatani less

H,

M,

I and

muscle

mass,

skeletal

impaired

S, Suzuki

Nishino

glycemic

Kai

Ezaki

Y,

Mizukami

down-regulated

ポ ー ツ の栄 養

Cameron-Smith

muscle Type

T,

Mochida

K, Hata

T, Matsuda

FOXO1(FKHR)transgenic

I(slow

twitch/red

muscle)fiber

J,

mice

have

genes,

and

control. J Biol Chem,279,41114-41123

参

鈴 木 正 成(1986)ス

J, Taniguchi

O(2004)Skeletal

・食 事 学,同

D(2002)Exercise

and

考

文

献

文 書 院

skeletal

muscle

gene

expression

. Clin

Exp

Pharmacol

Physiol,29,

209-213 Michel

RN,

Dunn

SE

and

Chin

ER(2004)Calcineurin

and

skeletal

muscle

growth

. Proc

Nutr

Soc,63,341-

349 Puigserver

P and

alpha(PGC-1 Tobin

JF

and

degenerative

Spiegelman

BM(2003)Peroxisome

alpha):transcriptional Celeste

AJ(2005)Myostatin,

diseases.

Curr

Opin

proliferator-activated

coactivator

and

a negative

Pharmacol,5,328-332

metabolic regulator

regulator. of muscle

receptor-gamma Endocr

coactivator

Rev,24,78-90

mass:implications

for muscle

1

5.エ

ネル ギー代謝 と食品

5.1  運 動 中 の エ ネ ル ギー 源 に な る 栄 養 素   運 動 の エ ネ ル ギ ー 源 と な る栄 養 素 は,糖 度 の 運 動 の 場 合 は 主 に糖 質,長 え て 脂 質 と タ ンパ ク質(ア

質,脂 質,タ

ンパ ク質 で あ る.強 い 強

時 間 に わ た る 弱 い 強 度 の 運 動 の場 合 は,糖 質 に加

ミノ 酸)も 使 わ れ る.こ れ らの 栄 養 素 が 骨 格 筋 内 で代

謝 さ れ て ア デ ノ シ ン三 リン 酸(ATP)が

生 じ,筋 収 縮 の 直 接 的 な エ ネ ル ギ ー源 に

な る.   a.  糖

質

  糖 質 は 運 動 選 手 の エ ネ ル ギ ー 源 と して 最 も主 要 な も の で あ り,長 時 間 に わ た る 有 酸 素 運 動 で も,無 酸 素 運 動 で もエ ネ ル ギ ー源 に な る.生 体 内 で 糖 質 は骨 格 筋 と 肝 臓 で グ リ コ ー ゲ ン と して 蓄 え ら れ て お り,そ の 量 は 普 通 の 食 事 を して い る場 合,肝

臓 で250∼330kcal程

れ は 乳 酸 閾 値(後

述)の

度,全

身 の 骨 格 筋 で750∼1000kcal程

運 動 を90∼120分

度 で あ る.こ

間行 う程 度 の エ ネ ル ギ ー に相 当 す る.

高 炭 水 化 物 食 を摂 取 す る と グ リ コー ゲ ン の貯 蔵 量 は増 加 し,低 炭 水 化 物 食 を摂 取 す る と低 下 す る(5.7節

参 照).糖

質 の 運 動 中 の エ ネ ル ギ ー 源 と して の特 徴 は,解

糖 系 で 分 解 され て 無 酸 素 的 に もATPを

産 生 で き る こ と,中 枢 神 経 系 の エ ネ ル ギ

ー 源 で あ る こ と,脂 質 を エ ネ ル ギ ー 源 と して 酸 化 す る際 にTCA回

路 のオ キザロ

酢 酸 の供 給 源 と して 必 要 で あ る 三 点 で あ る.逆 に糖 質 の あ ま り好 ま し くな い特 徴 と して は,無 と,グ

酸 素 的 に 代 謝 され る と乳 酸 を 産 生 し て 骨 格 筋 の 収 縮 を 阻 害 す る こ

リ コ ー ゲ ン は す ぐれ た エ ネ ル ギ ー 源 で あ る が50kcalあ

(5.6g)に

た り15gと

脂質

比 べ て 重 い こ と,運 動 中 に摂 取 す る量 と タ イ ミ ン グ に よ っ て は イ ンス

リ ンを 分 泌 して 脂 質 の 酸 化 を阻 害 す る こ と な どが あ る.   b.  脂

質

  脂 質 は長 時 間 に わ た る 有酸 素 運 動 の 主 要 な エ ネ ル ギ ー 源 で あ る.生 体 内 で 脂 質

は血 液 中,骨 格 筋,脂

肪 組 織 に 中性 脂 肪 と し て存 在 す る.脂

ギ ー 源 と して の 特 徴 は,β 酸 化,TCA回

質 の 運 動 中 の エ ネル

路 で 有 酸 素 的 に 代 謝 され て 多 量 のATP

を産 生 す る こ と,多 量 の エ ネ ル ギー を軽 量 に貯 蔵 で きる こ とで あ る.逆 に脂 質 の あ ま り好 ま し くな い 特 徴 と して は,酸 素 と糖 質 が 供 給 さ れ な い とATPを

産生 す

る こ とが で きな い こ と,中 枢 神 経 の エ ネ ル ギ ー 源 に は な ら ない こ と な ど,糖 質 と は 逆 の 特 徴 を有 す る.   c.  タ ンパ ク質   タ ンパ ク 質 は,生 体 を構 成 す る 主 要 な成 分 で あ り,運 動 中 の エ ネ ル ギ ー 源 と し て の 関 与 につ い て は不 明 な点 が 多 い が,長 時 間 に わ た る有 酸 素 運 動 で は 分 解 が 高 ま る.タ

ンパ ク 質 が 分 解 され て生 じた ア ミノ酸 の う ち,糖 原 性 ア ミノ酸 は糖 新 生

に よっ て グ ル コ ー ス の 産生 基 質 とな り中枢 神 経 系 の エ ネ ル ギ ー 源 と して寄 与 す る こ とが で き る.ま た 分 岐 鎖 ア ミノ酸 は 骨 格 筋 で 分 解 され,か 産 生 す る(第1章

な りの エ ネ ル ギ ー を

参 照).

5.2  栄 養 素 が 利 用 さ れ る 割 合 は 運 動 中 に 変 化 す る  糖 質,タ

ンパ ク 質,脂 質 が 運 動 中 に使 わ れ る 割 合 は,運 動 の 強 度 と持 続 時 間 に

よっ て 定 ま る.安 静 時 で は,エ

ネ ル ギ ー消 費 量 の 大 部 分 は,脂 肪 酸 由 来 の 有 酸 素

的 な エ ネ ル ギ ー 代 謝 系 に 依 存 して い る.運 動 を 開 始 す る と活 動 筋 で の エ ネ ル ギ ー

図5.1  骨 格 筋 に お け るエ ネル ギー 産 生

産 生 量 の 増 加 に対 応 す る た め に酸 素 要 求 量 が増 加 す る.心 臓 で は,運 動 開始 時 は わ ず か に1回 拍 出 量 が,そ

の 後 は心 拍 数 が増 加 して,血 流 量 を増 加 させ て酸 素 要

求 量 の 増 加 に対 応 す る.す

な わ ち運 動 強 度 が 増 加 す る と,酸 素 摂 取 量(Vo2)と

心 拍 数(HR)は   a.  糖

直 線 的 に増 加 す る. 質

  糖 質 が 利 用 され る割 合 は,血 液 中 の ア ドレ ナ リ ン,ノ ル ア ドレ ナ リ ンな どの カ テ コ ー ル ア ミ ン濃 度 に 強 く支 配 され て い る.ア ア ド レナ リ ン は,筋,心

臓,肝

ドレナ リ ンは 副 腎 髄 質 か ら,ノ ル

臓 な どを 支 配 す る 交 感 神 経 の 終 末 か ら分 泌 され

る.血 中 ノ ル ア ドレナ リ ン濃 度 は,比 較 的低 い運 動 強 度 か ら強 度 の増 加 に 伴 い 増 加 す るが,ア

ド レナ リ ン は運 動 強 度 が 増 加 して 有 酸 素 運 動 か ら無 酸 素 運 動 に切 り

替 わ っ た あ た り(75%Vo2max)か

ら急 激 に上 昇 す る.カ テ コ ー ル ア ミ ン濃 度 の 上

昇 に 伴 っ て,骨 格 筋 の グ リ コー ゲ ンの 分 解 量 が増 加 す る.ま 動 筋 のATP濃

た最 近 に な って,活

度 が 運 動 に よ っ て 低 下 す る と骨 格 筋 へ の グ ル コ ー ス 取 り込 み 機 構

が 活 性 化 され る こ と も明 らか に な っ て きた(第2章   b.  脂

参 照).

質

  運 動 中 に脂 質 が 利 用 され る割 合 に も,血 中 カ テ コー ル ア ミ ン濃 度 の上 昇 が 関 与 し て い る.中 性 脂 肪 を分 解 し て遊 離 脂 肪 酸 を動 員 す る段 階 は,脂 肪 組 織 に存 在 す る ホ ル モ ン感 受性 リパ ー ゼ に よ っ て 制 御 され てお り,ホ ル モ ン感 受 性 リパ ー ゼ の 活 性 は,カ

テ コー ル ア ミンや グ ル カ ゴ ン な どに よっ て 上 昇 し,イ

ンス リ ンに よっ

て 低 下 す る.一 定 強 度 で 運 動 を続 け て い る と時 間 の 経 過 に つ れ て脂 質 が 利 用 され る割 合 が 増 加 す る の は,運 動 中 に 次 第 に血 中 カ テ コ ー ル ア ミ ン濃 度 が 上 昇 す るた め と考 え られ る.ま た 運 動 中 に 大 量 の 糖 質 を摂 取 した 際 に,脂 質 の 酸 化 が 阻 害 さ れ る こ とが あ る の は,分 泌 さ れ た イ ンス リ ンが ホ ル モ ン感 受 性 リパ ー ゼ の 活 性 を 低 下 させ る た め と考 え られ る.   c.  ATP-ク

レア チ ン リ ン酸 系

  非 常 に 強 い 運 動 で は,グ ATPと

リ コ ー ゲ ンや 中 性 脂 肪 よ り も 骨 格 筋 に 蓄 え られ た

ク レ ア チ ン リ ン酸 が 主 要 な エ ネ ル ギ ー 源 に な る.ATPは,骨

格 筋 を構 成

す る ミオ シ ン分 子 と ア クチ ン分 子 が 収 縮 す る 際 の 直 接 的 な エ ネ ル ギ ー 源 で あ り, 筋 収 縮 に よ っ て 失 わ れ る 一 方,糖 質 や脂 質 の 代 謝 に よ っ て再 合 成 さ れ て,骨 格 筋 に供 給 さ れ て い る.非 常 に 強 い 運 動 の場 合 に は糖 質 や 脂 質 を代 謝 し てATPを

産

生 す る酵 素 反 応 よ り も,骨 格 筋 でATPが

消 費 さ れ る速 度 の 方 が 速 い.そ

骨 格 筋 に蓄 え られ て い る ご く微 量 のATPは,2∼3秒 起 こ る と,筋 肉 内 にATPの

約4倍

で 枯 渇 す る.ATPの

の 濃 度(30μmol/g)で

チ ン リ ン酸 か ら,速 や か にATPが

消 費が

蓄 え られ て い る ク レ ア

再 合 成 さ れ る.こ れ は非 常 に 速 い 反 応 で あ る

の で,十 数 秒 の 強 い 強 度 の 運 動 に 必 要 な エ ネ ル ギ ー は,ATP-ク 系 に よ っ て まか な うこ とが で きる.経 ク レ ア チ ン濃度 が 上 昇 す る が,こ

のため

レア チ ン リ ン酸

口 的 に ク レ ア チ ン を摂 取 す る と骨 格 筋 内 の

れ が 瞬 発 力 の増 強,骨 格 筋 量 の 増 大 に 有 効 で あ

る とす る報 告 が あ る.

(a)  食 後 のエ ネル ギ ー 基 質 の 流 れ

(b)  絶 食 時 の エ ネ ル ギ ー基 質 の 流 れ

(c)  運 動 時 のエ ネ ル ギ ー基 質 の 流 れ 図5.2  食 後,絶 T:中

食 時,運

性 脂 肪,G:グ

動 時 の エ ネ ルギ ー 基 質 の 流 れ

リ コー ゲ ン,FFA:遊

離脂肪酸

  d.  呼 吸 交 換 比   運 動 中 に糖 質,脂

質 が 利 用 され る割 合 は,呼 気 ガ ス 中 の 酸 素,二 酸 化 炭 素 濃 度

を測 定 す る こ と に よ っ て経 時 的 に推 定 す る こ とが で きる.呼 吸 交 換 比(Rま RER)は,二

酸 化 炭 素 排 出量 と酸 素 摂 取 量 の体 積 比 で あ り,安 静 時 にお い て この

比 は 呼 吸 商(RQ)と

呼 ば れ る.呼 吸 商 は炭 水 化 物 が 酸 化 され た と きは1.0,脂

が 酸 化 さ れ た と きは0.7と は,あ

たは

質

され て い る が,運 動 強 度 が 徐 々 に増 加 して い く場 合 に

る 強 度 以 上 で 血 液 中 の乳 酸 濃 度 が 上 昇 を始 め る と血 液 が 酸 性 化 す る.こ れ

を緩 衝 す る た め に血 中 に も と も と存 在 して い た重 炭 酸 か ら呼 気 中 に二 酸 化 炭 素 が 排 出 され て血 液 の 酸 性 化 を緩 衝 す る作 用 が あ る.代 謝性 の 二 酸 化 炭 素 に加 えて 乳 酸 緩 衝 の 結 果 と して 二 酸 化 炭 素 排 泄 が 促 進 す る の で 呼 吸 交 換 比 は 上 昇 して1.0を 超 え る こ と もあ る.さ

らに 激 しい 呼 吸 を抑 制 す る よ う な 運 動 を行 っ た場 合 に は,

運 動 終 了 直 後 に過 剰 に溶 解 して い た 二 酸 化 炭 素 が排 出 さ れ る の で さ らに 呼 吸 交 換 比 が 高 くな り2.0に 達 す る こ と も あ る.   HLa+NaHCO3→NaLa+H2CO3→H2O+CO2↑

  5.3  運 動 能 力 を低 下 さ せ る 要 因   長 時 間 の 運 動 に お い て は,活 動 筋 へ の 適 切 な エ ネ ル ギ ー の 供 給 の 成 否 が パ フ ォ ー マ ン ス の発 揮 に大 き く関与 す る.以 下 に,エ ネ ル ギ ー の 供 給 に 関 連 して 運 動 能 力 を低 下 さ せ る要 因 につ い て述 べ る.   a.  乳

酸

  乳 酸 は,中 ∼ 高 強 度 の運 動 に お い て 運 動 能 力 を低 下 させ,運

動 の継 続 を 阻害 す

る 要 因 の 一 つ で あ る.運 動 強 度 が 上 昇 す る と血 中 カ テ コー ル ア ミ ン濃 度 が 上 昇 し て,グ

リ コー ゲ ンの 分 解 が促 進 され る.グ ル コー ス の解 糖 に よ っ て 生 成 した ピ ル

ビ ン酸 が ミ トコ ン ド リア 内 のTCA回

路 に入 っ て 酸 化 さ れ る量 に は 限 りが あ る の

で,過 剰 の ピ ル ビ ン酸 は細 胞 質 で 乳 酸 とな る.そ る.乳 酸 が0.3%蓄 は 約20mMで (糖新 生)や,心

の結 果,筋

肉内に乳酸が蓄積す

積 す る と骨 格 筋 は収 縮 が 困 難 に な り,そ の 際 の血 中 乳 酸 濃 度

あ る.蓄 積 した 乳 酸 は 運 動 終 了 後 に 肝 臓 で グ ル コー スへ の 再 合 成 筋 や 遅 筋 内で 酸 化 さ れ る な どの 処 理 を受 け る.

  b.  グ リ コ ーゲ ン   乳 酸 の 蓄 積 が そ れ ほ ど多 く ない 弱 ∼ 中程 度 の 運 動 に お い て は,生 体 内 に蓄 え ら

れ て い る糖 質(グ

リコ ー ゲ ン)の 枯 渇 や 運 動 中 の体 温 上 昇 が 運 動 の 継 続 を 阻害 す

る 要 因 とな る.糖 質 の貯 蔵 量 は脂 質 の 貯 蔵 量 と比べ て 圧 倒 的 に少 な い の で,多

く

の場 合 は糖 質 の 枯 渇 が 最 初 に起 こ る.糖 質 は 中枢 神 経 系 に とっ て 唯 一 の 主 要 な エ ネ ル ギ ー 源 で あ るの で,糖 質 が 枯 渇 す る と意 識 が朦 朧 とす る,体 に 力 が 入 らな く な る な どの症 状 を起 こ し,持 久 系 の競 技 に 限 らず,球 技 や コ ン タク ト系 の ス ポ ー ツ に お い て も,運 動 能 力,判   c.  脱

断 力 の低 下 を招 く要 因 と な る.

水

  運 動 に よ る発 汗,脱

水 に よ っ て,体

温 が 過 度 に上 昇 す る と運 動 能 力 が低 下 す

る.脱 水 に よ る循 環 血 液 量 の低 下 や,熱 放 散 の た め に 皮 膚 血 管 の拡 張 が お き,循 環 虚 脱 を きた す.発 汗 に伴 う電 解 質 の 損 失 に よ っ て 変 調 を きたす こ と もあ る.体 温 の 上 昇 に よ る脱 水 の 結 果,循 の2%の は30%低

環 血 液 量 が 減 少 す る と,心 拍 数 は 上 昇 す る.体 重

水 分 が 失 わ れ る と,パ

フ ォー マ ン スが10∼15%低

下 し,5%の

脱水 で

下 す る.運 動 中 に 減 少 し た体 重 は,ほ ぼ す べ て 血 液 中 の 水 分 が 失 わ れ

た と考 え て よい.

  5.4  運 動 強 度 の 指 標   運 動 強 度 に応 じ て,利 用 さ れ る栄 養 素 の 割 合 や,ト

レー ニ ン グ の 効 果 が 異 な

る.選 手 と して ト レー ニ ング を行 な う も の は もち ろ ん,運 動 に 関 す る 研 究 を行 う もの は,運 動 強 度 につ い て 定 量 的 に理 解 す る必 要 が あ る.特 に動 物 実 験 で得 られ た 結 果 を ヒ トに外 挿 す る際 に は,運 動 強 度 を明 示 す る こ と を忘 れ て は な らな い.   a.  機 械 的 強 度   運 動 強 度 を 表 す 際 に は,機 械 的 強 度,生 尺 度 が あ る.機 械 的 強 度 とは,ト

理 的 強 度,主 観 的 強 度 とい う3種 類 の

レ ッ ドミ ルや 自転 車 エ ル ゴ メ ー ター な どの運 動

負 荷 装 置 の設 定 の こ とで あ り,ベ ル トの 回転 数 や斜 度,ペ

ダ ル に か か る負 荷 や 回

転 数 な ど のパ ラ メー ター に よ って 決 定 され る.   b.  生 理 的 強 度   生 理 的 強 度 と は,酸 素 摂 取 量 を用 い る 場 合 や 心 拍 数 を用 い る場 合 が あ る.酸 素 摂 取 量 を用 い る場 合 は,最 大 酸 素 摂 取 量 の何%に 用 い られ るが,臨 もあ る.%Vo2maxは

床 医学 分 野 で はMetsやRMRと 生 理 的 強 度 の指 標 と して,最

相 当 す るか(%Vo2max)が

よく

い っ た 指 標 が 用 い られ る こ と も有 効 な もの で あ る が,酸 素 摂

取 量 の 測 定 に は ガ ス 分 析 装 置 が 必 要 な の で,フ

ィー ル ドで の 測 定 や 一般 の ヒ トが

気 軽 に運 動 強 度 を測 定 す る 目的 に は適 して い な い.心 拍 数 を用 い る場 合 は,最 大 心 拍 数(HRmax)に

対 す る心 拍 数 の 割 合(%HRmax)や

以 下 のKarvonenの

式 が用

い られ る.   目標 心 拍数={(220−

年 齢)− 安 静 時心 拍 数}×%運

動 強 度+安

静時心拍 数

  c.  主 観 的 強 度   主 観 的 な運 動 強 度 は,RPE(rate これ は安 静 時 を6,最

of perceived

大 疲 労 困憊 時 を20と

強 度 を表 し た も の で,定

exertion)が

した15点

よ く用 い られ る.

の ス ケ ー ル か ら な る 自覚 的

常 運 動 に お い て は%Vo2maxやKarvonenの

式 か ら算 出 し

た 運 動 強 度 と よ く対 応 す る.

  5.5  運 動 能 力 の 指 標   運 動 能 力 を数値 化 し よ う と い う試 み は古 くか らな され て きた.筋 力 は比 較 的 簡 単 に数 値 化 で き るが,有

酸 素 運 動 能力 は筋 力 だ け で な く,呼 吸 循 環 機 能,内

分泌

能 な どの多 くの 要 素 を 反 映 す る の で,総 合 的 な 有 酸 素 運 動 能 力 を単 一 の 尺 度 で 数 値 化 す る こ とは 困 難 で あ る.こ れ らの う ち で,競 技 成 績 と高 い 相 関 性 を 示 す 指 標 をい くつ か紹 介 す る.   a.  無 酸 素 性 作 業 閾値   有 酸 素 運 動 能 力 を測 定 す る際 に は,ト

レ ッ ド ミル や 自転 車 エ ル ゴ メ ー ター な ど

で 運 動 強 度 を段 階 的 に 増 加 させ な が ら呼 気 ガ ス また は血 中乳 酸 濃 度 を経 時 的 に測 定 す る 方 法 が よ く行 わ れ る.図5.3に

示 す よ う に,運 動 強 度 が 増 加 す る と酸 素 摂

取 量 と心 拍 数 は 直 線 的 に 上 昇 す る.一 は,弱

方,乳

酸 濃 度 や 換 気 量,呼

吸交 換比 な ど

い 強 度 の 範 囲 で は運 動 強 度 が 増 加 して も ほ ぼ一 定 の値 で 推 移 す る.さ

らに

強 度 を上 げ る と,あ る 強 度 以 上 で は乳 酸 濃 度 や 換 気 量,呼 吸 交換 比 が急 激 に上 昇 を始 め る.こ の 強 度 を 無 酸 素 性 作 業 閾 値(AT)と 大 の 運 動 強 度 で あ り,「65%Vo2maxがATで が 高 い ほ ど全 身 持 久 力 が 高 い.血 (LT),呼

気 ガス か ら得 ら れ たATは

い い,有 酸 素 運 動 が 行 え る最

あ っ た 」 な ど と表 現 す る.こ

中 乳 酸 濃 度 か ら求 め たATは 換 気 性 作 業 閾 値(VT)と

一 般 人 で40∼60%,ス

の強度

乳酸 性作 業 閾値 呼 ば れ る こ と もあ

る.ATに

お け る%Vo2maxは

ポ ー ツ選 手 で60∼75%で

る.ATが

活 動 筋 な ど末 梢 の 有 酸 素 的 代 謝 能 力 を反 映 す る と さ れ て お り,15分

あ 以

図5.3  運 動 中 の酸 素 摂 取 量(Vo2),心

拍 数(HR),乳

酸 濃 度,呼

吸商の変化

トレー ニ ン グに よる 変化 を 矢 印 で示 した.

上 持 続 す る 運 動 で は競 技 成 績 を よ く反 映 す る指 標 で あ る.   b.  OBLA   最 近 で は,血

中乳 酸 濃 度 が 上 昇 す る 点 を厳 密 に測 定 す るの は,現 実 に は 困 難 で

あ る た め に,LTの

代 わ りにOBLA(onset

指 標 が 用 い られ る こ と もあ る.OBLAは で あ り,LTよ

of blood lactate accumulation)と 血 中乳 酸 濃 度 が4mMを

り もや や 高 い 強 度 に 相 当 す る.OBLAも

いう

越 え る運 動 強 度

簡 便 か つ 現 実 に競 技 成 績

を よ く反 映 す る 方 法 で あ る.   c.  最 大 酸 素 摂 取 量   ATを 気 量,呼

超 え て さ ら に運 動 強 度 を上 げ る と,心 拍 数 や 酸 素 摂 取 量,乳 吸 交 換 比 は上 昇 を続 け るが,最

大 強 度,も

酸濃度 や 換

し くは そ れ に近 い強 度 で 運 動

に 至 る と増 加 しな くな る.こ れ らの 項 目の う ち,酸 素 摂 取 量 の 最 大 値(最 大 酸 素

表5.1  運 動 の 強 度 と心 拍 数,酸

素 摂 取 量 の対 応 関 係1)

教 科 書 等 で は 運 動 強 度 が%Vo2maxで 示 さ れ る こ と が 多 い が,現 に とっ て は%HRmaxの 方 が現 実 的 な指 標 で あ る.

摂 取 量,Vo2max)は,有

場 のアス リー ト

酸 素 運 動 能 力 を よ く反 映 す る 指 標 で あ る.体 重1kg当

り に換 算 した値 が よ く用 い ら れ て お り,一 般 人 で は40∼50ml/kg/minの が よ く鍛 錬 した 一 流 選 手 で は70∼80ml/kg/minに ー ニ ン グ に よ って 向 上 す るが

た

ところ

及 ぶ.最 大 酸 素 摂 取 量 は ト レ

,あ る 程 度 ト レー ニ ン グ を積 む と ト レー ニ ン グ効 果

が 得 に くい.最 大 酸 素 摂 取 量 は,5∼15分

程 度 で 疲 労 困憊 に至 る よ う な運 動 の 指

標 とす る の が よい が,鍛 錬 され た比 較 的 均 一 な 集 団 の 中 で は,競 技 成 績 とは あ ま り相 関 性 を示 さ ない と もい わ れ て い る.

  5.6  有 酸 素 運 動 能 力 を 高 め る 栄 養 摂 取 の 方 法   さ ま ざ ま な 栄 養 素 の うち,特

に糖 質 と水 分 の 摂 取 方 法 は有 酸 素 運 動 能 力 を発 揮

す る うえ で 重 要 で あ る.糖 質 の摂 取 方 法 は,運 動 前,運 て 異 な る.タ

ンパ ク 質 の 摂 取 も また,ト

て 重 要 で あ る.タ 運 動 前,中,後

動 中,運 動 終 了 後 に よっ

レー ニ ング や 試 合 か らの 回復 過 程 に お い

ンパ ク 質 の 摂 取 に つ い て は 第1章

を 参 照 さ れ た い.以

下 で は,

に分 け て,栄 養 摂 取 の 方 法 に つ い て述 べ る.こ れ らの 方 法 は,あ

く まで も原 則 で あ っ て 実 際 に は選 手 個 人 に よっ て 異 な る面 が あ る.こ 方 法 を も と に練 習 の と き にい ろ い ろ と試 して み て,自

こで 示 した

分 に合 っ たや り方 を見 つ け

て ほ しい.

  5.7  運 動 前 の 食 事   競 技 数 日前 か ら は で きる だ け 多 くの糖 質 を とる こ とが望 ま しい.骨 格 筋 と肝 臓 の グ リ コ ー ゲ ン貯 蔵 量 を増 加 さ せ る た め で あ る(グ

リ コ ー ゲ ン ロ ー デ ィ ン グ).

運動 前 の グ リ コー ゲ ン貯 蔵 量 は,運 動 持 続 時 間 を決 定 す る要 因 の 一 つ で あ り,骨 格 筋 の グ リ コ ー ゲ ンが枯 渇 した状 態 で は 運 動 持 続 時 間 が 短 くな る.い リ コ ー ゲ ン ロ ー デ ィ ン グ の 方 法 が 研 究 さ れ て き たが,最 か ら,糖 質 の 摂取 量 を多 く して,ト

ろいろなグ

近 で は試 合 の2,3日

前

レー ニ ン グ量 を 少 な くす る方 法 が と られ る.

ご飯 や パ ン,麺 類 に加 え て,フ ル ー ツ類 な ど水 分 を多 く含 む もの を摂 取 す る と よ い.ト

レー ニ ン グ量 を少 な くす る 際 に は,強 度 は 落 と さず に 時 間 を短 くす る(テ

ー パ リ ング) .ま た 別 の方 法 と して,試 合 の 前 日 に2,3分

間 の 超 強 度 の運 動 を行

い,そ

重60kgの

膳!)を

の 後 安 静 に して 体 重 の1%に 摂 取 す れ ば,数

相 当 す る炭 水 化 物(体

人 で ご飯8

日か け て グ リ コー ゲ ン含 量 を増 や す の と同 じ効 果 が 得 ら

れ る.   試 合 当 日の 食 事 は,試

合 開始3時

間前 まで に十 分 な量 を と る こ とが 望 ま しい.

消 化 吸 収 中 に激 しい 運 動 を行 う と腹 痛 を起 こす 可 能 性 が あ るだ けで な く,食 後 の 血 糖 値 上 昇 に伴 っ て 分 泌 さ れ た イ ンス リ ンが,脂

質 の利 用 を阻 害 しグ リ コー ゲ ン

の 消 耗 を早 め る た め で あ る.ご 飯 や う ど ん の よ う に,デ

ン プ ン主 体 の 食 事 を と

り,消 化 が 早 く食 べ 慣 れ た もの を と る よ うにす る.若 干 の タ ンパ ク 質(カ 比 で10%程

度)が

含 ま れ て い て も よい.体

の で脂 質 を特 に摂 取 す る必 要 は な い.特

内 に は 脂 質 が 十 分 に貯 蔵 さ れ て い る

に,試 合 が 早 朝 に 行 わ れ る と きな ど,食

事 か ら運 動 開 始 まで に時 間 が な い と きは,タ る と胃 内 滞 留 時 間 が 長 くな る,す

ロ リー

ンパ ク 質 や脂 肪 を含 む 食 事 を摂 取 す

な わ ち消 化 吸 収 に 時 間 が か か る の で 糖 質 を主 体

にす るべ きで あ る.試 合 開 始 まで の 時 間 が3時

間 に満 た な い 場 合 は,食 事 は軽 め

に とっ た 方 が 良 い.   食 事 か ら試 合 開 始 直 前 まで の1時 い.ゼ

リー や バ ナ ナ,ス

間 は,水 分 を 十 分 に摂 取 して お い た 方 が 良

ポ ー ツ ド リ ンク な ど吸 収 の早 い もの に よ っ て,の

どの渇

き と空 腹 感 を とる の が 良 い.こ れ らの食 品 は糖 質 主 体 で あ るの で,速 や か に吸 収 さ れ て エ ネ ル ギ ー 源 とな る.ま た,早 朝 トレー ニ ン グ を行 って い る 人 の 場 合,起 床 か ら トレー ニ ン グ 開 始 ま で に15分 程 度 しか 時 間 を とれ な い こ とが 多 い.そ

の

場 合 で も,何 も食 べ ず に 運 動 す る の は避 け る べ き で あ る.起 床 後 は,肝 臓 グ リ コ ー ゲ ンが 枯 渇 して 血 糖 値 が 低 下 して い る.こ の 状 態 で 運 動 を行 う と,体 タ ンパ ク 質 が 分 解 さ れ て糖 新 生 の 材 料 とな る.十 分 な水 分 とゼ リー や ス ポ ー ツ ドリ ン ク な どか ら ア ミノ酸 や 糖 質 を摂 取 す るべ きで あ る.な お 人 に よ っ て は 直 前 に 固形 物 を

表5.2  運 動 前 の 炭 水 化 物 摂 取 量1)

食 べ て も平 気 な 人 もい る.試 合 開始 時 間 が 朝 早 い 場 合 は,直 前 に 食 事 を と らな け れ ば な ら な い と き もあ る.慣 れ れ ば軽 くもの を食 べ た 直 後 で も運 動 で き る よ うに な る の で,練

習 の 直 前 にい ろい ろ な食 品 を食 べ て み て,ど

れ く らい の 量 な ら食 べ

られ る の か 試 み て お くべ きで あ る(表5.2).

  5.8  運 動 中 の 栄 養 補 給   試 合 中 の 栄 養 補 給 に求 め られ る要 素 は,糖 質 を補 給 し,か つ 血 糖 値 の 急 激 な上 昇 を 防 ぐこ と,水 分(2時 あ る.1時

間 以 上 の 運 動 の場 合 に は 電 解 質 も)を 補 給 す る こ とで

間 以 内 の 運 動 の 場 合 は,運

動 中 の 糖 質 の 補 給 は,あ

ま り重 要 で は な

く,運 動 前 に 摂 取 した食 事 か ら供 給 され る エ ネ ル ギ ー で 十 分 で あ る.そ れ 以 上 の 運 動 の 場 合 で も,糖 質 を主 体 に摂 取 し,高 タ ンパ ク や 高 脂 肪 で あ る 必 要 は な い. したが っ て 試 合 中 の 栄 養 補 給 は,多

くの場 合,お

に ぎ りや チ ョ コ レー ト,バ ナ ナ

な どの 炭 水 化 物 を主 体 とす る食 品,糖 質 を 含 む ス ポ ー ツ ドリ ン ク,水 を組 み 合 わ せ て 摂 取 す る こ と に な る.   最 も簡 単 な 方 法 は,糖 溶 液 を少 量 ず つ こ まめ に摂 取 す る こ とで あ る.天 候 や 運 動 強 度 に も よ る が15分

ご と に100mlず

摂 取 す べ き水 分 量 を知 りた けれ ば,ト よ い.次

つ 摂 取 す るの が 目安 で あ る.よ

レー ニ ン グ の前 後 に体 重 を 測 定 し てお け ば

回 よ く似 た ト レー ニ ン グ を す る 際 に は,体

(体 重 の80∼100%)水

重 が 減 少 し た量 に 匹 敵 す る

分 を 余 分 に 摂 取 した 方 が よい.ど

って も,体 重 の 減 少 率 は2%以

り正 確 に

れ だ け 長 い 間 運 動 を行

内 に収 まる よ う に水 分 を摂 取 す る べ きで あ る.水

分 摂 取 す る際 に,真 水 を飲 む の は あ ま り薦 め られ な い.水

に は,味 が 良 い とい う

長 所 が あ るが,ス

ポ ー ツ ドリ ン ク と比 べ て 胃 で の滞 留 時 間 が 長 い た め に,水 分 の

吸 収 速 度 が 遅 い,膨 満 感 を刺 激 す る とい う欠 点 が あ る.生 理 的 に水 分 が 必 要 な と きで も,飲 み た く な く な っ て し ま い,結 た,長 時 間 に わ た る運 動 の 結 果,汗

果 的 に 脱 水 を起 こす リス ク が あ る.ま

か ら多 量 の ミネ ラル が 失 わ れ た 際 に 真 水 を摂

取 す る と血 中 の浸 透 圧 が 低 下 して け い れ ん を起 こす 例 が 報 告 され て い る.   試 合 中 に糖 質 を摂 取 す る 際 に は,お に ぎ りや パ ンな どの 固 形 物 よ り も,グ ル コ ー ス や マ ル トー ス ,フ ル ク トー ス,デ キ ス トリ ンな どの 溶 液 を摂 取 した 方 が 内臓 に負 担 をか け な い 点,固 形 物 よ り も消 化 吸 収 が 早 い 点,糖 質 と同 時 に水 分 を摂 取 で きる とい う点 で す ぐれ て い る.特 に フ ル ク トー ス は血 糖 値 を上 昇 させ な いが 解 糖 系 で 代 謝 さ れ て エ ネ ル ギ ー を産 生 す る とい う点 です ぐれ た 糖 で あ り,多

くの ス

ポ ー ツ ド リ ンク に 含 まれ て い る.し か しフ ル ク トー ス の み を多 量 に摂 取 す る と下 痢 を 引 き起 こす 人 もい る こ とや,砂 糖 以 上 に甘 み が 強 い こ とは 欠 点 で あ る.市 販 さ れ て い るス ポ ー ツ ドリ ンク の糖 濃 度 は6%前 飲 む に は 甘 す ぎる.そ の た め2か

後 で あ り,水 分 を摂 取 す る た め に

ら3分 の1に 薄 め て飲 む 選 手 も多 い.

  薄 め た ス ポ ー ツ ド リ ン ク(約8∼12kcal/100ml)は,水 適 当 で あ るが,糖

分 の 供 給 源 と して は

質 の 供 給 源 と して は カ ロ リー が 不 足 して い る.ト ラ イ ア ス ロ ン

や 登 山,自 転 車 ロ ー ドレー ス な ど長 時 間 に わ た る激 しい ス ポ ー ツで は糖 質 の 消 費 量 が 多 い た め にス ポ ー ツ ドリ ン ク だ け で糖 質 を補 給 す る と水 分 摂 取 過 剰 に な る. 運 動 中 に 必 要 な糖 質 の 目安 は,1時 が 高 い ほ ど,多 12kcalの

され て い る.運 動 強 度

くの糖 質 が 必 要 に な る.高 強 度 で の 有 酸 素 運 動 で は1分 間 当 た り

エ ネ ル ギ ー を消 費 す る(ツ

の 自転 車 選 手 で は20kcal/minを き る)の で,チ

間 につ き30∼60gと

ー ル ・ド ・フ ラ ンス に 出場 す る よ う な プ ロ

消 費 す る よ うな 激 しい 運 動 を持 続 す る こ とが で

ョコ レー ト菓 子 や パ ワー バ ー な どの糖 質 を多 量 に摂 取 す る.運 動

前 に一 度 に 多 量 の 糖 質 を摂 取 す る とイ ンス リ ンが 分 泌 さ れ て 脂 質 の 酸 化 が 阻 害 さ れ るが,運

動 を開 始 して か ら1時 間 ほ ど経 過 した後 で は,糖 質 を摂 取 して も急 激

に パ フ ォー マ ンス が 落 ち る こ と は な い.た

だ し固形 物 を摂 取 す る と咀 嚼 や 消 化 に

負 担 が か か る の で,試 合 の ハ ー フ タ イ ムや レー ス の ペ ー ス が 落 ち た と き な ど,運 動 強 度 が 高 くな い と きに摂 取 す る の が よい.   運 動 中 に 固 形 物 を摂 取 した くな い場 合 で も,高 濃 度(6%以

上)の

単糖類 溶液

を摂 取 す る の は 望 ま し くな い.高 濃 度 の 単 糖 溶 液 は 高 浸 透 圧 に な る た め に水 分 の

表5.3  運動 中の水分補給 の目安

吸 収 が 阻害 され 脱 水 症 状 を引 き起 こ しや す い 欠 点 が あ る.こ の よ うな 場 合 に は, CCD(Cyclic

Cluster Dextrin,グ

エ ネ ル ギ ー ジ ェ ル(カ

リ コ㈱)な

ー ボ シ ョ ッ ツ),ウ

ど の 高 分 子 デ キ ス トリ ンの 溶 液 や,

イ ダ ーinゼ リー(森

永 製 菓 ㈱)な

どの

製 品 が浸 透 圧 も低 く,手 軽 に摂 取 で きる とい う点 で有 用 で あ る.水 羊羹 や 餡 子 入 りの わ らび も ち な どの 和 風 菓 子 も カ ロ リー が 高 く,の ど ご し も良 い の で 摂 取 しや す い.

  5.9  運 動 後 の 栄 養 補 給   運 動 後 は で き る だ け速 や か に骨 格 筋 と肝 臓 の グ リ コー ゲ ンを 回 復 す る こ とが, 引 き続 い て 試 合 が あ る場 合 や 翌 日 に疲 労 感 を残 さ な い た め に も重 要 で あ る.吸 収 性 の 高 い糖 質 を運 動 終 了 後 で きる だ けす ぐ(30分 時 間 ほ どの 間 は,2時

以 内)に 摂 取 し始 め,運

間 お き に高 炭 水 化 物 食 を摂 取 す る と よ い.ま

動 後6

た クエ ン酸 は

グ ル コー ス の 分 解 を阻 害 す る の で,糖 質 を摂 取 す る 際 に,ク エ ン酸 を含 む レモ ン や オ レ ン ジ な ど を 摂取 す る こ とに よ っ て グ リ コー ゲ ン の 回復 が 早 め られ る.   タ ンパ ク質 を糖 質 と 同時 に 摂 取 す る こ と に よ っ て,運 動 後 の グ リ コー ゲ ン回 復 が 促 進 され る.多 量 の糖 質 を摂 取 し た場 合 と同 等 の効 果 が 得 られ る.た 動 後 の 炭水 化 物 の 摂 取 量 が 十 分 に 多 い 際 に は,タ 復 促 進 作 用 は認 め られ な い.多

だ し,運

ンパ ク 質 に よ る グ リ コ ー ゲ ン回

くの 選 手 は,運 動 後 に す ぐに食 事 を す る こ とが で

き な い こ と を考 え る と,運 動 後 で きる だ け す ぐに炭 水 化 物 と タ ンパ ク質 を含 む 溶 液 を摂 取 す る こ とが 現 実 的 な 方 法 とい え る.砂 糖 とス キ ム ミル ク を 携 帯 して,運 動 後 す ぐに水 に溶 か して 飲 む 方 法 が,携 帯 性,経

済 性 の面 か ら もす ぐれ て い る.

  運 動 後 に は,骨 格 筋 内 に貯 蔵 され て い る 中 性 脂 肪(筋

肉 内 脂 肪)の

量 も減 少 す

る.筋 肉 内 脂 肪 の運 動 中 の エ ネ ル ギ ー源 と して の寄 与 の 割 合 につ い て は,ま だ ま

だ 不 明 な 点 が 多 い が,グ

リ コ ー ゲ ン と同 等 量 の エ ネ ル ギ ー を供 給 して い る 可 能 性

が あ り,運 動 中 の重 要 なエ ネ ル ギ ー 源 の ひ とつ で あ る.筋 肉 内 脂 肪 の量 は,長 時 間 の 運 動 の 後 に減 少 して い る こ とや,平 常 時 の 貯 蔵 量 が 日頃 運 動 して い る 人 の 方 が 高 い こ とな ど,グ

リ コー ゲ ン と よ く似 た 面 が あ る.グ

リ コー ゲ ン と逆 に,運 動

中 の 筋 肉 内脂 肪 の 利 用 率 は,日 頃運 動 して い る 人 の 方 が 高 くな る.最 近 の報 告 に よ る と,そ の 貯 蔵 量 は,極 端 な低 脂 肪 食(2%)を 脂 肪 食 を 摂 取 した 場 合 と,22%の

と る と減 少 す る が,32%の

高

通 常 食 を摂 取 した 場 合 で は変 化 が 見 られ な か

っ た と さ れ て い る.運 動 後 に高 脂 肪 食 を摂 取 す る こ と に よっ て,筋

肉内 脂 肪 組 織

の 回復 が 促 進 され るが,炭 水 化 物 の摂 取 量 が 減 少 す る こ とに な る の で グ リコ ー ゲ ン の 回復 か ら考 え る と望 ま し くな い.運 動 に よ る筋 肉 内 脂 肪 の 減 少 は 元 の 量 の 20%程

度 で あ る の で,特

運 動 終 了 後6∼8時

に 運 動 後 に 高 脂 肪 食 を 摂 取 す る 必 要 は な い で あ ろ う.

間 ほ どは 低 脂 肪 食 を摂 取 す るべ き で あ るが,そ

の後 はいつ も

の よ うに 脂 肪 を摂 取 す れ ば筋 肉 内 脂 肪 の貯 蔵 量 は 回復 す る と考 え られ る.

  5.10  ダ イ エ ッ トと運 動   健 康 増 進 の 目的 で 運 動 す る 人 の 多 くは,体 重 や 体 型 を コ ン トロ ー ル す るの が 目 的 で あ ろ う.運 動 選 手 の 中 に も,余 分 な脂 肪 を落 と した い 人 も い る.体 重 を コ ン トロー ル す る際 に は,食 事 療 法,す

な わ ち摂 取 す る エ ネ ル ギ ー を減 らす だ けで は

多 くの 場 合 は失 敗 に 終 わ る.食 事 が 不 十 分 だ と血 糖 値 が低 下 した際 に,使 用 さ れ て い な い骨 格 筋 が 分解 され て ア ミ ノ酸 が 糖 新 生 の 材 料 と して 用 い られ る た め に骨 格 筋 量 が 減 少 す る.最 近,エ る 際 に は,FOXO1と FOXO1が

ネ ル ギ ー 欠 乏 や 運 動 不 足 に よ って 骨 格 筋 が 分 解 さ れ

い う遺 伝 子 の 発 現 増 加 が 関与 して い る こ とが わ か って きた.

増 加 す る と赤 筋 が 白 筋 化 す る.赤 筋 は 多 く のエ ネ ル ギ ー を 消 費 す る 器

官 で あ る の で,赤 筋 の 量 が 減 少 す る と体 重 が 減 り に くい体 質 に な る.こ

う した 最

新 の 分 子 生 物 学 的 知 見 か ら も,カ プ サ イ シ ンな どの 特 殊 な 食 品 や 摂 食 制 限 に よ っ て 血 液 中 の 遊 離 脂 肪 酸 を 分 解 す る だ け で は な く,脂 質 含 量 の 少 な い 食 事 を と っ て,運

動 を取 り入 れ る とい う昔 か らい わ れ て きた 方 法 が 体 脂 肪 を減 らす うえ で 理

にか な っ て い る こ とが わ か る.   ダ イ エ ッ トに は 時 間 が か か る.体 も,シ

重 が70kg以

ー ズ ン に入 る と体 を しぼ るが,5kg落

上 あ る海外 の スポー ツ選手 で

とす の に2カ

月 か け る.低 炭 水 化

物 ダ イ エ ッ トや 低 イ ンス リ ン ダ イ エ ッ トな ど,炭 水 化 物 の 摂 取 を制 限 す る方 法 は,ダ

イエ ッ ト初 期 に体 重 の 減 少 が 見 られ る.全 身 の グ リ コ ー ゲ ン含 量 が 低 下 す

る と と も に グ リ コ ー ゲ ンに 結 合 して い た 水 が 排 出 され るた め で あ っ て,脂 肪 が 減 少 して い る の で は な い.

  5.11  特 殊 な 食 品 成 分 と 持 久 運 動 能 力   特 殊 な 食 品 成 分 を摂 取 す る こ とに よ っ て,持 久 運 動 能 力 が 向 上 す る こ とを 期 待 して は い け な い.常

に重 要 な の は 基 本 的 な 栄養 素 を適 切 な タイ ミ ン グ で摂 取 す る

こ とで あ る.実 験 的 に特 殊 な食 品 成 分 が 持 久 運 動 能 力 を 向 上 す る例 は多 数 報 告 さ れ て い る が,動 物 実 験 の 報 告 だ け が 認 め られ る も の,ヒ

トで も効 果 は あ る が 現 実

に適 応 す る こ とが 困 難 な もの な どが多 い.   動 物 実 験 例 の 報 告 に と どま っ て い る食 品 成 分 につ い て は,実 験 を行 っ た 運 動 系 に お い て ポ ジ テ ィ ブ コ ン トロ ー ル す な わ ち トレー ニ ン グ効 果 が 認 め られ た こ と, 運 動 強 度 を 明 示 す る こ と が,実 験 デ ー タ を ヒ トに外 挿 す る際 の 最 低 条 件 で あ ろ う.た

と え ば,絶 食 させ た ラ ッ トは よ く走 る と い う古 典 的 な報 告 が あ る.こ の デ

ー タ を ヒ トに 当 て は め て解 釈 す る際 に は,食 事 の 直 後 で は運 動 能 力 が低 下 す る と 考 え るべ きで あ っ て絶 食 す れ ば 競 技 成 績 が 上 が る とい う わ け で は な い.ま

た成 長

期 の 実 験 動 物 で は,長 期 間 に わた り特 定 の 飼 料 を 摂 取 させ る と体 重 に対 して影 響 を 及 ぼす こ とが あ る.運 動系 に よ っ て は,動 物 の 体 重 に よ っ て 運 動 強 度 が 変 わ る の で デ ー タの 解 釈 に は注 意 が 必 要 で あ る.   ヒ トに お い て 効 果 が 認 め られ る もの で も,食 品 成 分 の 場 合 は 薬 と異 な り,多 量 に 摂 取 しな け れ ば効 果 が 認 め られ な い こ とが 多 い.多 量 に摂 取 す る こ と の 問題 点 は,コ

ス ト面,安 全 面 だ け に と どま らな い.効

果 が 曖 昧 な成 分 を多 量 に摂 取 す る

こ と に よ って,炭 水 化 物 や タ ンパ ク 質,水 分 とい っ た重 要 な 栄 養 素 を適 切 な タ イ ミ ン グ で 摂 取 す る こ とが 妨 げ られ る お そ れ が あ る.新 (ブ ラ ン ク)と 比 較 して 有 効 で あ っ た と して も,ご

規 な 食 品 成 分 の投 与 が水

く普 通 の糖 質 や タ ンパ ク 質 の

摂 取 の 方 が は る か に有 効 で あ れ ば,現 場 の 選 手 に受 け入 れ られ る こ と は な い.   持 久 運 動 能 力 に 限 らず 体 力 を増 強 す る た め の 最 も効 果 的 か つ 確 実 な 方 法 は激 し い トレー ニ ング を積 む こ とで あ る.た

とえ ば,週

に 一 度 の トレ ー ニ ング で は最 大

酸 素 摂 取 量 は 向 上 し な い こ とが わ か っ て い る.週

に 数 度 の トレ ー ニ ング を行 う場

合 で も,最 い る.こ

大 酸 素 摂 取 量 の 伸 び は ト レ ー ニ ン グ の 量 で は な く運 動 強 度 に 依 存 し て れ ら の こ と か ら,激

が わ か る.ト

し い ト レ ー ニ ン グ を し な い と体 力 は 向 上 し な い こ と

レ ー ニ ン グ を 積 ん だ ト ッ プ ア ス リ ー ト で は,10000mを30分

で 走 る こ と が で き る が,普

段 運 動 を し な い 人 だ と1時

こ の 差 の 大 部 分 は 摂 取 し た 食 品 の 差 で は な く,過 差 で あ る.激

しい

揮 す る た め に,適

ト レ ー ニ ン グ を 支 え る た め に,ト

Giroの

Carmichael

C and Rutberg J (2004)Eat

レー ニ ン グの 成 果 を試 合 で 発

渡会 重彦 店 長 に大 変お 世話 になっ

亨 編 著(2004)基

征 矢 英 昭,本 山 Ivy J and Portman

礎 栄 養 学,光

文 献

right to train right,G.P. Putnam's 参

伏木

去 に行 な っ た ト レー ニ ン グ量 の

の 場 を 借 り て 厚 く 御 礼 申 し 上 げ ま す.) 引 用

1)

間 以 上 か か る こ と も あ る.

切 な 食 事 を 適 切 な タ イ ミ ン グ で 摂 取 す る こ と が 重 要 で あ る.

  (最 後 に 本 稿 の 記 述 に 際 し て は,Cycleshop た.こ

ほ ど

考 文

Sons

献

生館

貢,石 井 好 二 郎(2002)こ れ で な っ と く使 え る ス ポ ー ツ サ イ エ ンス,講 R(2004)The performance zone, Basic Health Publications lnc.

Ryan M(2002)Sports

nutrition for endurance

Spriet LL and Gibala MJ(2004)Nutritional Science,22,127-141

談社

athletes,Velopress strategies to influence adaptations to training,Journal of Sports

6.運

動 と ミネ ラル

  食 品 を通 して 種 々 の 栄 養 素 をバ ラ ンス よ く摂 取 す る こ と は,運 動 能力 の 維 持 と 発 現 に と っ て 必 須 で あ る.本

章 で は,ミ

ネ ラ ル と運 動 と の 関 わ りにつ い て 述 べ

る.

  6.1  筋 肉 と ミ ネ ラ ル   a.  筋 肉 活 動 と カ ル シ ウ ム   1)  筋 肉 の構 造

  筋 肉(骨 格 筋)は

束 は,直 径20∼150μmの

筋 束 と い う束 に よ り構 成 さ れ て い る.筋

筋 繊 維(muscle

fiber)と 呼 ば れ る細 長 い 細 胞(筋 細 胞)

が 数 十 か ら数 百 本 集 合 した も の で あ る.筋 繊 維 内 部 に は,図6.1の 横 縞(横

紋)を

横 紋 は,筋

示 す 筋 原 繊 維(myofibril)と

原 繊 維 中 で,図6.2の

ような明暗の

い う細 胞 内 器 官 が 並 ん で い る.こ の

よ う に 太 い フ ィ ラ メ ン ト(ミ オ シ ン フ ィ ラ メ ン

ト)と 細 い フ ィ ラ メ ン ト(ア ク チ ン フ ィ ラ メ ン ト)が 整 然 と並 ぶ た め に 生 ず る.   ミオ シ ン フ ィ ラ メ ン トは,繊 維 状 タ ンパ ク質 の ミオ シ ン(myosin)が

重合 し

た もの で あ る.一 方,ア

クチ ン

(G-actin)が

ク チ ン フ ィ ラ メ ン トは,球 状 タ ンパ ク 質 のG-ア

重 合 し た 繊 維 状 タ ン パ ク 質 のF-ア

ク チ ン と,ト

図6.1  筋 原 繊 維 筋 原 繊 維 は筋 繊 維(筋

肉 細 胞)中

の 小 器 官 で あ る.筋

原 繊 維 の 間 を満 た して い る細 胞 質 部 分 は 筋形 質 (sarcoplasm)と

い う.

ロ ポ ニ ン(troponin)

図6.2  筋 原 繊 維 に お け る フ ィラ メ ン トの 配 置 Z線 か らZ線(ま た はM線 か らM線)ま で を筋 節 (サ ル コ メア;sarcomea)と

い う.筋 節 は 筋 肉 が 弛

緩 して い る と き長 く,収 縮 す る と短 くな る.

お よ び トロ ポ ミオ シ ン(tropomyosin)と て い る.ト

ロ ポ ニ ンは,C,I,Tと

い う タ ンパ ク 質 に よ り構 成 さ れ

名 付 け られ た3種 類 の 成 分 か らな り,Cに

は

カ ル シ ウ ム イ オ ンが 特 異 的 に結 合 す る 部 位 が 存 在 す る.   2)  筋 収 縮 の 機 構

  ア クチ ンフ ィ ラ メ ン トが ス ラ イ ドして,ミ オ シ ン フ ィ ラ

メ ン トのす き ま に入 り込 む 一 連 の反 応 が 筋 収 縮 で あ る.こ の反 応 は カ ル シ ウム イ オ ン に よ っ て 制 御 され て い る.す

な わ ち,ト

ロ ポ ニ ンCに

カ ル シ ウ ム イ オ ンが

結 合 す る と,ア ク チ ンが 活 性 化 さ れ て ミオ シ ン に結 合 し,ア ク チ ン-ミ オ シ ン複 合 体(ク

ロ ス ブ リ ッ ジ)が 形 成 さ れ る.つ

が 分 解 され,生 後,ATPが

い で,ミ

オ シ ンに 結 合 し て い たATP

じた エ ネ ル ギ ー に よ っ て ク ロ ス ブ リ ッ ジ が ス ラ イ ドす る.そ

ミオ シ ン に結 合 す る と ア ク チ ン は ミオ シ ンか ら離 れ る.

  この よ う な 筋 収 縮 反 応 は カ ル シ ウ ム イ オ ン とATPが ATPが

の

な け れ ば,ア

存 在 す る 限 り継 続 す る.

ク チ ン と ミ オ シ ン の ク ロ ス ブ リ ッ ジ は 離 れ ず,筋

肉は硬直

した ま まに な る.逆 に カル シ ウ ム イ オ ンが な け れ ば,ク ロ ス ブ リ ッジ は 形 成 さ れ ず,筋

肉 は 弛 緩 した ま まに な る.

  3)  細 胞 内 カ ル シ ウ ム 濃 度 の 制 御

  血 漿 な ど細 胞 外 液 中 の カル シ ウ ム イ オ ン

濃 度 は1∼2mMだ の0.1μM以

が,細

胞 内 部(細

下 で あ る.つ

胞 質)の

カ ル シ ウ ム 濃 度 は そ の1万

分 の1

ま り細 胞 内 カ ル シ ウ ム イ オ ン は極 端 に 低 濃 度 な の で,

微 量 の流 入 に よ っ て数 十 倍 の濃 度 変 化 が 容 易 に 生 じ,明 瞭 な 信 号 と して 機 能 で き る.   こ の よ う に細 胞 内 カ ル シ ウ ム イ オ ン濃 度 が低 い の は,細 胞 膜 上 に カル シ ウ ム ポ ン プ(calcium

pump)と

い わ れ る タ ンパ ク 質 が 存 在 し,ATPの

エ ネ ル ギ ー を用

い て カ ル シ ウム イ オ ン を細 胞 外 に 放 出す る か らで あ る.細 胞 膜 に は カ ル シ ウ ム ポ ン プ以 外 に も,細 胞 外 ナ トリ ウム イ オ ン と細 胞 内 カ ル シ ウ ム イ オ ンを 交 換 す る タ ンパ ク 質 が 存 在 して い る.   筋 細 胞 内 に は小 胞 体 と い う袋 構 造 の小 器 官 が 存 在 す る.小 胞 体 膜 に は カル シ ウ ム ポ ン プ が 存 在 し,細 胞 質 中 カ ル シ ウ ム イ オ ンを 小 胞 体 内 に 取 り込 む.こ め,小

胞 体 内 カ ル シ ウ ム イ オ ン濃 度 は 数mMに

構 造 を 変 化 させ,カ

のた

も な る.小 胞 体 は筋 収 縮 時 に膜

ル シ ウ ム イ オ ンを放 出 して い る.

  b.  ミオ グ ロ ビ ン と微 量 ミネ ラ ル   1)  筋 繊 維 の 分 類

  骨 格 筋 は外 観 上 の 色 合 い を も とに,赤 色 筋 と 白色 筋 に分

類 され る.前 者 は主 に 遅 筋 繊 維,後

者 は 速 筋 繊 維 に よ って 構 成 さ れ,表6.1の

う な 特 性 上 の 違 い が あ る.遅 筋 繊 維 は酸 化 能 力 が 高 い た め,こ

よ

れの割合が高 けれ

ば,持 久 力 の あ る筋 肉 と な る.長 距 離 の 渡 りを行 うカ モ,大 洋 を 回 遊 す るマ グ ロ 類 の 筋 肉 が 赤 色 筋 で 占 め られ て い る の は これ らの理 由 に よ る.赤 色 筋 の 色 合 い を 表6.1  赤 色 筋 と 自色 筋 の特 性

(引用文献1を 参考に作成)

決 定 し て い る 成 分 は,タ

ンパ ク 質 の 一 種 で あ る ミ オ グ ロ ビ ン(myoglobin)で

あ

る.

  2)  ミ オ グ ロ ビ ン の特 徴 し,ヘ ム(heme)を

  ミオ グ ロ ビ ンは筋 細 胞(筋

含 む 分 子 量17000∼8000の

繊 維)の 細 胞 質 に存 在

赤 色 タ ンパ ク 質 で あ る.図6.3

に示 す ヘ ム は 酸 素 と強 く結 合 す る.ミ オ グ ロ ビ ンは筋 細 胞 内 で 酸 素 分 子 を運 搬 ・ 貯 蔵 して お り,遅 筋 繊 維 の 機 能 発 現 に役 立 っ て い る.ミ

オ グ ロ ビ ンの 酸 素 結 合 能

はヘ モ グ ロ ビ ン よ り も大 き く,ヘ モ グ ロ ビ ン に結 合 した 酸 素 を 受 け取 る こ とが で き る.   3)  ヘ ム の 生 合 成 と微 量 ミネ ラ ル

  ミオ グ ロ ビ ンの 機 能 を担 うヘ ム は 鉄 を含

ん で い る.し た が っ て 鉄 欠 乏 で は ヘ ム合 成 量 が低 下 し,ヘ モ グ ロ ビ ン(hemoglo bin),ミ

オ グ ロ ビ ン,チ

トク ロ ー ム(cytochrome)類

な どの ヘ ム タ ンパ ク 質 が 減

少 す る.鉄 欠 乏 の影 響 は,ま ず フ ェ リチ ン(ferritin)を パ ク 質 に現 れ,そ の 後,ヘ

は じめ とす る貯 蔵 鉄 タ ン

ム タ ンパ ク質 な ど の機 能 性 鉄 タ ンパ ク質 に及 ぶ .

  貯 蔵 鉄 タ ンパ ク質 の フ ェ リチ ンに結 合 した 鉄 を ヘ ム 合 成 に利 用 す る に は,フ ェ リチ ンか ら鉄 を 遊 離 さ せ る 必 要 が あ る.フ

ェ リチ ンか らの 鉄 の遊 離 は,銅 含 有 タ

ンパ ク 質 で あ る セ ル ロ プ ラ ス ミ ン(ceruloplasmin)が

行 う.し た が っ て ,銅 欠

乏 で は鉄 摂 取 が 十 分 で あ っ て もヘ ム 合 成 が 低 下 す る.   ヘ ム は グ リ シ ン を 出発 物 質 と して 体 内 で 合 成 され る.合 成 系 に 関 わ る 酵 素 中, δ-ア ミノ レ ブ リン 酸 デ ヒ ドラ タ ー ゼ(δ-aminolevulinic ロ キ ラ ター ゼ(ferrochelatase)の

acid dehydratase)と

フェ

活性 が鉛 に よって特 異 的 に阻害 され るた め,

図6.3  ヘ ム の 構 造

鉛 中 毒 で は ヘ ム合 成 が不 十 分 とな る.   c.  ミネ ラル の摂 取 と筋 肉 活 動   カ ル シ ウム,鉄,お る.で

よ び銅 は,正 常 な筋 肉 活 動 の 維 持 に 必 須 の ミネ ラ ル と い え

は これ らの ミネ ラル の 欠 乏 は 筋 肉活 動 の 異 常 を引 き起 こす だ ろ うか.

  筋 肉活 動 維 持 に 必 要 な カ ル シ ウ ム イ オ ンは 血 漿 か ら供 給 され る.カ ル シ ウ ム摂 取 不 足 の場 合,後

述 の ご と く,骨 か ら カ ル シ ウム が 動 員 さ れ るた め,血 漿 カ ル シ

ウ ム イ オ ン濃 度 は 一 定 範 囲 に維 持 され る.ゆ え に,カ ル シ ウ ム摂 取 不 足 で あ っ て も,筋 肉活 動 が 損 な わ れ る こ とは な い.   鉄 の 摂 取 不 足 は ヘ ム 合 成 量 を低 下 させ る た め,ミ

オ グ ロ ビ ンを は じめ とす るヘ

ム タ ンパ ク質 の 組 織 中 濃 度 の 低 下 を招 く.特 に ヘ モ グ ロ ビ ン は組 織 に酸 素 を供 給 す る 役 割 が あ り,筋 肉 活 動 に大 きな 影 響 を与 え る.す な わ ち 遅 筋 繊 維 の よ う に酸 素 要 求 量 の 高 い 細 胞 で は,貧 血(ヘ

モ グ ロ ビ ン濃 度 低 下)が

生 じる ほ どの 鉄 欠 乏

下 に お い て は 酸 素 供 給 量 が 低 下 す る た め,活 動 は鈍 る で あ ろ う.同 様 に銅 欠 乏 も 貧 血 を生 ず る た め,筋

肉 活 動 を低 下 させ る可 能性 が あ る.し か し,銅 欠 乏 に よ っ

て運 動 能 力 が低 下 した とい う報 告 は,動 物 実 験 を含 め て も見 当 た らな い.

  6.2  エ ネ ル ギ ー 産 生 と ミ ネ ラ ル   a.  エ ネ ル ギ ー代 謝 に お け る ミネ ラ ル の 役 割   1)  グ リ コ ーゲ ンの 分 解

  筋 肉 活 動 に必 要 なATPは,筋

リ コ ー ゲ ンの分 解 に よ り得 られ る.グ ーゲ ン ホ ス ホ リラ ー ゼ(glycogen る が,リ phorylase

肉 に貯 え られ た グ

リ コ ー ゲ ン分 解 の 初 期段 階 に関 わ る グ リ コ

phosphorylase)は

リ ン酸 化 に よ り活 性 化 され

ン酸 化 を 行 う グ リ コ ー ゲ ン ホ ス ホ リ ラ ー ゼ キ ナ ー ゼ(glycogen kinase)は

カ ル シ ウ ム イ オ ンに よ っ て 活 性 化 さ れ る.筋

胞 内 カル シ ウ ム イ オ ン濃 度 の 上 昇 に よ っ て 開始 され るが,こ はATPを

phos

肉収縮 は筋細

の カルシウム イオン

産 み 出す グ リ コー ゲ ン分 解 反 応 も活 性 化 す る の で あ る.

  グ リ コ ー ゲ ンホ ス ホ リ ラー ゼ キ ナ ー ゼ は,α,β,γ,δ

の四つ のサブユ ニ ッ ト

に よ っ て構 成 さ れ て お り,こ の 中 の α-サ ブ ユ ニ ッ トが カ ル シ ウ ム イ オ ン結 合 部 位 を有 し,カ ル モ ジ ュ リン(calmodulin)と   2)  ク エ ン酸 サ イ ク ル(TCA回 vate dehydrogenase)は,解

路) 

呼 ば れ る. ピ ル ビ ン酸 デ ヒ ドロ ゲ ナ ー ゼ(pyru

糖 系 最 終 産 物 の ピル ビ ン酸 を ミ トコ ン ドリ ア 内 で ア

セ チ ルCoAに

変 換 し,ク

エ ン 酸 サ イ ク ル に 導 入 す る.こ

の 酵 素 タ ンパ ク 質 は 結

合 し て い る リ ン 酸 基 が 加 水 分 解 さ れ る と 活 性 化 さ れ る.こ

の 加 水 分 解 反 応 を触 媒

す る ピ ル ビ ン 酸 デ ヒ ド ロ ゲ ナ ー ゼ ホ ス フ ァ タ ー ゼ(pyruvate phosphatase)は,カ

dehydrogenase

ル シ ウ ム イ オ ン に よ っ て 活 性 化 さ れ る.

  ク エ ン 酸 回 路 中 で 作 用 す る イ ソ ク エ ン 酸 デ ヒ ド ロ ゲ ナ ー ゼ(isocitrate drogenase)と2-オ genase)も

キ ソ グ ル タ ル 酸 デ ヒ ド ロ ゲ ナ ー ゼ(2-oxoglutarate

カ ル シ ウ ム イ オ ン に よ っ て 活 性 化 さ れ る.こ

に 筋 細 胞 に 流 入 し た カ ル シ ウ ム イ オ ン は,ミ 入 し,ATP産

トコ ン ドリ アの マ トリ ッ クス に も流

糖 系,TCA回

路 とカルシウムイ

カ ル シ ウ ム イ オ ン は グ リ コ ー ゲ ン ホ ス ホ リ ラ ー ゼ キ ナ ー ゼ,ピ ル ビ ン酸 デ ヒ ドロ ゲ ナ ー ゼ ホ ス フ ァ タ ー ゼ,イ ドロ ゲ ナ ー ゼ,2-オ 必 要 で あ る.

dehydro

の よ うに 筋 肉 収 縮 の た め

生 を 促 進 す る の で あ る.

図6.4  グ リ コー ゲ ンの 分 解,解 オ ンの 関 連

dehy

ソ クエ ン酸 デ ヒ

キ ソ グ ル タ ン酸 デ ヒ ドロ ゲ ナ ー ゼ の 反 応 に

  以 上 の グ リ コ ー ゲ ン分 解 お よ び ク エ ン酸 サ イ ク ル にお け る カ ル シ ウ ム イ オ ンの 作 用 を 図6.4に ま とめ た.   3)  電 子 伝 達 系

  クエ ン酸 回路 で 生 じた 電 子 は,NADHな

達 系 に受 け 渡 さ れ,ATP産

ど の形 で 電 子 伝

生 に利 用 され る.電 子 伝 達 系 は 微 量 ミ ネ ラ ル が 関与

す る4種 類 の タ ンパ ク 質複 合 体 に よ り進 行 す る.   電 子 伝 達 系 の 第1段 coenzyme

階 で作 用 す るNADH-CoQレ

Q reductase complex)は,少

ダ ク タ ー ゼ 複 合 体(NADH-

な く と も25種 類 の タ ンパ ク質 で 構 成 さ

れ る.こ れ らの タ ンパ ク質 の い くつ か は 活 性 中 心 に 鉄 と イ オ ウ を含 む非 ヘ ム 鉄 タ ンパ ク質(鉄-イ

オ ウ タ ンパ ク 質)で

あ る.同 様 に,こ

レ ダ ク タ ー ゼ 複 合 体(succinate-coenzyme ンパ ク 質 を含 む.第3段

れ に 続 く コハ ク 酸-CoQ

Q reductase complex)も

階 で 電 子 の授 受 に 関 与 す るCoQ-チ

タ ー ゼ複 合 体(coenzyme

Q-cytochrome

鉄-イ オ ウ タ

トク ロ ームcレ

c reductase complex)は,ヘ

ダク

ム タ ンパ ク

質 で あ る複 数 の チ トク ロー ム と鉄-イ オ ウ タ ンパ ク質 に よ っ て構 成 され る.さ に最 終 段 階 で作 用 す る チ トク ロ ー ムcオ dase complex)は2分

キ シ ダ ー ゼ 複 合 体(cytochrome

子 の チ トク ロ ー ム に加 え,価 数 の 異 な る2個

ら

c oxi

の銅 イ オ ンを

含 む.   b.  鉄 欠 乏 に よ る エ ネル ギ ー 産 生 の低 下   先 に も述 べ た よ う に,鉄 欠 乏 下 で は ヘ モ グ ロ ビ ン濃 度 が低 下 す る た め,筋 肉 へ の 酸 素 供 給 量 が 減 少 し,筋 細 胞 の エ ネ ル ギ ー 産 生 は 低 下 す る.血 液 ドー ピ ン グ と は,ヘ モ グ ロ ビ ン濃 度 を上 昇 させ る た め に,保 存 して い た 自 らの 血 液 を輸 血 す る も の で,筋 細 胞 へ の 酸 素 供 給 量 増 加 を 目的 と して い る.   一 方,動

物 に お け る研 究 は,鉄 欠 乏 に よ る運 動 能 力 低 下 が,貧 血 に よる 酸 素 供

給 量 低 下 と は 無 関 係 に起 こ る こ とを 示 して い る.す

な わ ち 鉄 欠 乏 時 に 生 ず る持 久

運 動 能力 の 低 下 は,貧 血 の 程 度 で は な く,乳 酸 蓄 積 量 で判 断 さ れ る筋 肉 の 酸 化 的 代 謝 の損 傷 の 大 き さ と比 例 す る と報 告 され て い る.こ

の報 告 が 正 しい な らば,鉄

欠 乏 に よ る 身 体 能 力 低 下 は酸 化 的代 謝 に関 わ る鉄 含 有 酵 素(電 鉄 含 有 タ ンパ ク 質)の

子伝達系 に関わ る

欠 乏 に よっ て 生 じる とい え よ う.

  c.  マ グ ネ シ ウ ム とATP   ATPが

実 際 に エ ネ ル ギ ー と して利 用 され る と き,ATP分

リ ン酸 結 合 が 切 断 され る.す

な わ ちATPの

子 中 の高エ ネルギー

エ ネ ル ギ ー を利 用 す る 機 能 タ ンパ ク

質 は,ATP分

解 反 応 を触 媒 し て い る.こ

う視 点 に立 て ば"ATPア

ー ゼ"と

の よ う な タ ンパ ク 質 は,ATP分

総 称 で き る.た

とえ ば,ATPを

解 とい

エネ ルギー源

と し て カ ル シ ウ ム を細 胞 外 に排 出 す る タ ンパ ク質 は,カ ル シウ ム 輸 送 とい う点 で は"カ ル シ ウ ム ポ ン プ"で ATPア

あ る が,ATP分

ー ゼ(calcium-dependent

  ATPがATPア

解 とい う点 で は"カ ル シ ウ ム 依 存 性

ATPase)"と

な る.

ー ゼ に よ っ て 分 解 され る と き,ATPは

間 で キ レー トを 形 成 して い る.つ

ま り,ATPア

マ グ ネ シ ウ ム イ オ ン との

ー ゼ の真 の 基 質 は マ グ ネ シ ウ ム-

.ATP複 合 体 で あ り,マ グ ネ シ ウ ム イ オ ンが 存 在 しな け れ ばATPの

エネル ギーは

利 用 で き な い こ と に な る.   筋 肉 中 マ グ ネ シ ウ ム イ オ ン濃 度 が 著 し く低 下 す れ ば,理 論 的 に はATP分

解に

よ るエ ネ ル ギ ー が 利 用 で きな い の で 運 動 能 力 は低 下 す る こ と に な る.し か し現 実 に は,マ

グ ネ シ ウ ム イ オ ンはATPよ

り も過 剰 に組 織 中 に存 在 して い る た め,マ

グ ネ シ ウ ム イ オ ン濃 度 が 律 速 と な っ て エ ネ ル ギ ー産 生 が 低 下 す る こ とは ない.

  6.3  骨 代 謝 と ミネ ラ ル   a.  骨 代 謝 の概 略   1)  骨 の 構 造 (骨 小 腔(bone

  骨 は骨 膜,骨

よ び骨 髄 か ら な る.骨

質 に は 微 小 な腔

cavities))が 点 在 し,骨 小 腔 中 に骨 細 胞 が 存 在 す る.骨

占 め る 骨 質 は,コ 骨 塩(bone

質,お

ラー ゲ ン を主 成 分 とす る結 合 組 織(骨 基 質(bone

mineral)が

(hydroxyapatite)と な ど を含 む.ま

沈 着 し た も の で あ る.骨

呼 ば れ,リ

の大半 を

matrix))に

塩 は ヒ ドロキ シア パ タイ ト

ン酸 カ ル シ ウ ム,水,お

よび少 量 の マ グ ネ シ ウ ム

た骨 塩 に は,必 須 の構 成 成 分 で は ない が,亜

鉛 や ナ トリ ウム な ど

も含 ま れ て い る.   2)  骨 の リモ デ リ ン グ (bone absorption))と

  骨 は 基 本 構 造 を維 持 し な が らた えず 分 解(骨

生 成(骨

形 成(bone

繰 り返 しは リモ デ リン グ(remodeling:再 っ て壊 され,そ

formation))を 造 形)と

吸収

繰 り返 し て い る.こ の

い い,古

い骨 が 破 骨 細 胞 に よ

こ に新 しい骨 が 骨 芽 細 胞 に よ っ て形 成 され る現 象 で あ る.

  骨 の リモ デ リ ング に は,図6.5に

示 す 多 くの 要 因 が 関 わ っ て い る.副

ら分 泌 さ れ る パ ラ トル モ ン(parathormon)と

甲状 腺 か

カル シ トニ ン(calcitonin)は,そ

れ ぞ れ 破 骨 細 胞 と骨 芽 細 胞 に 直 接 作 用 す る ホ ル モ ンで あ り,血 漿 カル シ ウ ム 濃 度

図6.5  骨 の リ モ デ リ ング に 関 わ る 要 因

に 応 じて分 泌 され る.す ル モ ンが 分 泌 され,骨 後 の 女 性 で は,骨 る.こ

な わ ち 血漿 カ ル シ ウ ム 濃 度 が 減 少 した 場 合 に は,パ

ラト

吸 収 を高 め て 骨 か ら血 漿 ヘ カ ル シ ウ ム を移 行 させ る.閉 経

吸 収 抑 制 作 用 を もつ エ ス トロ ゲ ン(estrogen)の

分泌 が減少す

の た め骨 吸 収 側 に バ ラ ンス が傾 い て,骨 塩 量(骨 密 度)が

低 下 し,骨 粗 鬆

症(osteoporosis)が

多 発 す る.

  3)  運 動 の 骨 形 成 促 進 効 果

  運 動 に よ る 物 理 的 刺 激 は骨 芽 細 胞 を 活 性 化 す

る.こ の た め,運 動 は リモ デ リ ング の バ ラ ンス を 骨 形 成 側 に傾 か せ,骨

量 を増 大

さ せ る.運 動 に よ る骨 形 成 促 進 効 果 は 持 久 力 よ りも瞬 発 力 を 要 求 す る運 動 にお い て 大 きい.重 力 も骨 芽 細 胞 の 活 性 化 に 関 わ っ て お り,長 期 間無 重 力 の状 態 にあ っ た 宇 宙 飛 行 士 で は 骨 量 の低 下 が 観 察 され る.   b.  疲 労 骨 折   1)  疲 労 骨 折 とは

  通 常 で は骨 折 に至 らな い よ う な小 さ な外 力,た

種 の ス ポ ー ツ を行 う と きに 発 生 す る負 荷 が,骨

と え ば各

の 同 じ部 位 に繰 返 し加 わ る こ と に

よ っ て 骨 析 に至 っ た状 態 を 疲 労 骨 折(fatigue fracture)と い う.   疲 労 骨 折 は 思 春 期,特

に15∼17歳

に発 生 数 が 多 い.こ

の 時 期 に発 生 数 が 多 い

の は,中 学 生 が 高 校 生 に な る 年 代 で運 動 強 度 が急 に 大 き くな る の に対 して,骨

と

筋 肉 の発 達 が ア ンバ ラ ンス で あ る た め と考 え られ る.ス ポ ー ツ の種 類 別 に み た 場

合,陸 上 競 技 選 手 に多 く,脛 骨,腓 発 す る.し

骨,中

足 骨,大 腿 骨,甲 足 骨 な ど下 肢 骨 に多

か し,そ の他 の ス ポ ー ツで も発 生 は まれ で は な く,ゴ ル フ で は肋 骨,

野 球 で は 尺 骨 肘 頭 が 好 発 部 位 で あ る.   2)  骨 塩 量 との 関 わ り   疲 労 骨 折 の 直 接 原 因 は過 度 の 負 荷 で あ る が,骨 塩 量 減 少 も原 因 の 一 つ に加 え る こ とが で き る.運 動 は しば し ば大 量 発 汗 を伴 う た め, 血 漿 カ ル シ ウ ム損 失 が 生 ず る.ゆ え に食 事 か らの カ ル シ ウ ム補 給 が 不 十 分 だ と, 発 汗 損 失 分 を骨 吸 収 で補 うた め,リ モ デ リ ン グの バ ラ ンス が 骨 吸 収 側 に 傾 く.こ の よ う な 状 況 で は 骨 塩 量 は低 下 して お り,疲 労 骨 折 を起 こす 危 険 性 は高 い.   女 子 運 動 選 手 に は 体 脂 肪 率 が極 端 に低 い場 合 が あ る.体 脂 肪 量 の減 少 は 女 性 ホ ル モ ン(エ ス トロ ゲ ン)の 分 泌 低 下 を招 き,無 月 経 な どの 月経 異 常 に つ なが る. この よ う な ケ ー ス で は 閉経 後 と同 様 に骨 塩 量 も低 下 して お り,疲 労 骨 折 が 発 生 し や す い とい わ れ る.   c.  カ ル シ ウ ム 摂 取 と骨 塩 量   カ ル シ ウ ム摂 取 量 と骨 塩 量 との 関 連 を検 討 した 疫 学 的 な研 究 に よ れ ば,カ ル シ ウム 摂 取 量 と骨 塩 量 との 間 に は 有 意 な関 連 が 認 め られ て い る.こ の 関連 は,若 年 者 で 強 く,閉 経 後 女 性 で は弱 い.す

なわ ち若 年 者 で は,カ ル シ ウ ム を 食事 か ら適

切 に摂 取 す れ ば骨 塩 量 は増 加 す る.ゆ 動 選 手 は,カ

え に,疲 労 骨 折 の危 険 性 が 高 い思 春期 の 運

ル シ ウ ムの 摂 取 に特 に注 意 す べ きで あ る.な お,骨 塩 量 を最 大 にす

る の に 必 要 な カ ル シ ウム 摂 取 量 は,米 国 人 で は1000∼1500mg/dayと

い われて

お り,日 本 人 で も これ に近 い数 値 が 目標 と な る.   d.  カ ル シ ウ ム 以 外 の ミネ ラル と骨   1)  骨 を 貯 蔵 庫 とす る ミネ ラル とは よ く知 ら れ て い るが,他

  骨 が カ ル シ ウ ム と リ ンの 貯 蔵 組 織 で あ る こ

の ミネ ラル も骨 を貯 蔵 庫 と して い る場 合 が あ る.

  骨 塩 を構 成 す る ヒ ドロキ シ アパ タ イ トは,正 規 の 成 分 と して マ グ ネ シ ウ ム を含 有 す る.骨

マ グ ネ シ ウ ム は 生 体 中 マ グ ネ シ ウ ム の60%近

く を 占 め る.血 漿 マ グ

ネ シ ウ ム濃 度 が きわ め て 厳 密 に コ ン トロー ル され て い る こ とか ら,骨 マ グ ネ シ ウ ム が マ グ ネ シ ウ ム の 貯 蔵 庫 と して,血 漿 マ グ ネ シ ウ ム の恒 常 性 維 持 に重 要 な 役 割 を 担 う こ とは 容 易 に 理 解 で き る.   亜 鉛 は骨 の 必 須 成 分 で は な い.し か し,骨 亜 鉛 は体 内亜 鉛 の20∼30%を 亜 鉛 摂 取 量 の 変 動 を 鋭 敏 に反 映 す る.ゆ

占 め,

え に,生 体 に お け る亜 鉛 の恒 常 性 維 持 に

骨 は 一 定 の 役 割 を果 たす と考 え られ る.   ナ トリ ウ ム も骨 の 必 須 成 分 で は な い が,骨 わ ち,ナ

を貯 蔵 庫 と し て利 用 して い る.す な

トリウ ム 摂 取 量 が 少 な い と,骨 か ら ナ トリウ ム を動 員 して血 漿 ナ トリ ウ

ム濃 度 を 維 持 す る た め,骨

吸 収 が 促 進 され る.日 常 的 に12g程

度 の 食 塩 を摂 取

して い た ヒ トが 食 塩 摂 取 量 を 半 減 させ る と,骨 吸 収 が 促 進 され て カ ル シ ウ ム 出納 が 負 に な る こ とが 観 察 され て い る.   2)  骨 形 成 に必 要 な ミ ネ ラ ル   銅 含 有 酵 素 の リ ジル オ キ シ ダ ー ゼ(lysyl dase)は,コ あ る.ゆ

oxi

ラ ー ゲ ン架橋 構 造 の 中 間 体 で あ る リ ジ ンア ル デ ヒ ドの 合 成 に 必 須 で

え に銅 欠 乏 は コ ラ ー ゲ ン合 成 低 下 を起 こ し,健 全 な 骨 形 成 を妨 げ る.

  6.4  発 汗 と ミ ネ ラ ル   a.  汗 に よ る水 分 と ミネ ラル の 損 失   1)  汗 の ミ ネ ラ ル 濃 度 た.汗

  表6.2に

一 般 的 な 汗 の ミネ ラ ル 濃 度 の 範 囲 を 示 し

に 含 まれ る ミネ ラル の 濃 度 は,発 汗 条 件,お

ま ざ ま な値 を 示 す.ま

よ び個 人 差 の 影 響 を受 け て さ

た発 汗 量 の増 加 と と もに濃 度 も変 化 す る.こ の た め,特 殊

な 条 件 で採 取 した 汗 で は,表 の 範 囲 を大 幅 に逸 脱 す る数 値 を示 す こ と も あ る.   2)  ス ポ ー ツ飲 料

  い わ ゆ る ス ポ ー ツ飲 料(sport

る水 分 と ミネ ラ ル の補 給 を 目的 と して 開 発 され た.ス ラ ル は,ナ

トリウ ム,カ

リ ウム,カ

ル シ ウ ム,マ

drink)は,発

汗 で失われ

ポ ー ツ飲 料 に 含 ま れ る ミ ネ

グ ネ シ ウム で あ る.表6.2に

示

す よ う に,そ れ ら の濃 度 は 一 般 的 な 汗 の ミネ ラル 濃 度 を ほ ぼ 反 映 して い る.ま た 意 図 的 に特 定 の ミネ ラ ル の 濃 度 を 高 め,食 事 か らの 摂 取 不 足 を 補 う よ う設 計 した 飲 料 も販 売 さ れ て い る.   3)  発 汗 量

  炎 天 下 の 運 動 で は,1時

間 に1l以

上 の 発 汗 も稀 で は な い.た

表6.2  一般 的 な 汗 と市 販 ス ポ ー ツ飲 料 の ミネ ラ ル濃 度

種 々の報告値 を参 考に作 成.

だ し,こ の よ う な激 し い 運 動 を継 続 す る こ とは不 可 能 で あ り,1日 と して は10lと

の最大発 汗量

い う数 値 が 目安 に され て い る.

  b.  大 量 発 汗 の 影 響   1)  大 量 発 汗 と は る か に 関 して,日

  大 量 発 汗 とい う表 現 が 具 体 的 に どの程 度 の 数 値 を意 味 す

本 人 の 食 事 摂 取 基 準 で は,3l以

が 必 要 と し て い る.ゆ   2)  水 分 損 失 の 影 響 で あ る.汗

え に本 項 に お い て も,3l以

上 の 発 汗 に お い て 食 塩 の補 給 上 の発 汗 を大 量 発 汗 と考 え る.

  大 量 発 汗 とは 血 漿 か ら水 分 と ミネ ラル が 失 わ れ る現 象

と して 血 漿 か ら急 激 に大 量 の 水 分 が 失 わ れ れ ば,た

と え細 胞 間 液 や 細

胞 内 か ら水 分 が 補 わ れ た と して も,一 時 的 な血 漿 量 減 少 は避 け られ な い.ゆ

えに

大 量 発 汗 に見 合 う水 分 の 補 給 が な け れ ば,血 漿 量 減 少 に 伴 う 血 液 の 粘 稠 化 が 生 じ,循 環 障 害 が発 生 す る.循 環 障 害 は脳 へ の 酸 素 供 給 を低 下 させ,意 識 障 害 を引 き起 こす.こ

の よ う な大 量 発 汗 を 原 因 とす る 循 環 障 害 は熱 中 症(heat

の 一種 で あ り,熱 疲 憊(heat

exhaustion)と

  3)  ナ トリ ウ ム 損 失 の 影 響 ム,カ ル シ ウ ム,マ

apoplexy)

呼 ば れ る.

  発 汗 に よ る 血 漿 電 解 質(ナ

グ ネ シ ウ ム イ オ ン)の 損 失 が,一

ト リ ウ ム,カ

リウ

時 的 に血 漿 電 解 質 濃 度 を変

動 させ,け

い れ ん を起 こす こ とが あ る.こ の 症 状 も熱 中 症 の一 種 で あ り,熱 けい

れ ん(heat

cramp)と

い う.特 に,発 汗 に よ る水 分 損 失 を意 識 す るあ ま り,運 動

中 に 水 分 の み を 補 給 す る と,血 漿 ナ ト リウ ム濃 度 が 低 下 し,低 ナ ト リウ ム 血 症 (hyponatremia)を

起 こ す 危 険 性 が あ る.

  低 ナ トリ ウ ム 血 症 は痩 せ 型 の 女 性 や ス ポ ー ツ初 心 者 に 起 こ りや す い.2002年 ボ ス トンマ ラ ソ ン終 了 後 の 検 査 に よ る と,血 漿 ナ トリ ウ ム 濃 度 の 異 常 者 は男 性 (322例 中25例,8%)よ 多 数 は レー ス 中 に3l以

りも女 性(166例

中37例,22%)に

多 く,異 常 者 の 大

上 の 水 分 を 摂 取 して い た2).こ の レー ス で は,28歳

性 が ゴ ー ル 直 後 に 倒 れ,低

の女

ナ トリウ ム血 症 で 死 亡 して い る.痩 せ 形 の 女 性 が,男

性 選 手 と同 じペ ー ス で 大 量 に水 分 を補 給 す れ ば,血 漿 ナ トリウ ム 濃 度 が 低 下 す る 危 険性 は 高 い.運

動 中 の水 分 補 給 は必 要 で あ るが,電 解 質(特

に ナ トリ ウム)補

給 も同 時 に行 う こ とが 重 要 で あ る.   4)  発 汗 に よ る 亜 鉛 の 損 失   汗 は血 漿 電 解 質 以 外 の微 量 ミネ ラル も含 む.か つ て は,汗

に は相 当 量 の鉄 が 含 有 さ れ て お り,大 量 発 汗 に よ る鉄 損 失 が 運 動 性 貧 血

の原 因 と考 え られ た こ と もあ っ た.し か し,厳 密 な 条 件 で 採 取 され た汗 の 鉄 含 量

図6.6  大 学 ボ ー ト部 員 夏 合 宿 前 後 の 血 漿 中 ミネ ラ ル 濃 度 の 変 化3) 対 象 者 は 男 性11名,女 で あ る.

は わ ず か で あ る の で,鉄

性2名

で,合

宿 期 間 は7日

間

の 損 失 経 路 と して の 汗 は ほ とん ど無 視 で き る よ うで あ

る.   一 方,い

くつ か の 報 告 は,汗 中 の 亜 鉛 濃 度 が1mg/lに

亜 鉛 の1日

摂 取 量 と推 奨 摂 取 量 が い ず れ も8mg前

近 い こ と を示 して い る.

後 で あ り,吸 収 率 が 約30%

で あ る こ と を考 え る と,大 量 発 汗 に よ る 亜 鉛 損 失 は無 視 で きな い.図6.63)に, 大 学 ボ ー ト部 選 手 に お け る夏 期 合 宿 後 の 血 漿 亜 鉛 濃 度 の 低 下 を示 した.合 宿 中 の 亜 鉛 摂 取 量 が 合 宿 前 と変 化 な い こ と を確 認 して い る こ とか ら,合 宿 中 の 大 量 発 汗 が 亜 鉛 損 失 を起 こ した 可 能 性 は 高 い.亜 鉛 欠 乏 は,赤 血 球 膜 抵 抗 性 の 減 弱 に よ る 溶 血 と イ ンス リン 様 成 長 因子Ⅰ(insulin-like growth マ トメ ジ ンC(somatomedine

C))低

factor-I, IGF-I,別

名:ソ

下 に よ る赤 血 球 産 生 の 低 下 を起 こ し,貧 血

を起 こす 場 合 が あ る.亜 鉛 欠 乏 の症 状 と して有 名 な の は 味 覚 障 害 で あ る が,運 動 選 手 で は貧 血 の 方 が 影 響 は大 きい.い ず れ に して も運 動 選 手 は,大 量 発 汗 に よ る 亜 鉛 損 失 を考 慮 し て,食 事 か らの亜 鉛 摂 取 を心 が け る必 要 が あ る.

  6.5  運 動 性 貧 血   a.  現

状

  血 液 中 の ヘ モ グ ロ ビ ン濃 度 が低 下 した状 態(男 下)を

貧 血(anemia)と

性:14g/dl,女

い う.ヘ モ グ ロ ビ ン濃 度 が 女 性 で11,男

性:12g/dl以 性 で13g/dl以

下 に な る と倦 怠 感 や 運 動 能 力 の 低 下 が 出 現 す る.貧 血 の 原 因 と して は,鉄 赤 血 球 産 生 過 程(ヘ

モ グ ロ ビ ン合 成 と赤 血 球 の 生 成)の

失 血 な どが あ る.運 動 性 貧 血(sports 血 をい い,ほ 血(hymolytic

anemia)と

と ん ど は鉄 欠 乏 性 貧 血(iron anemia)と

異 常,溶

血,薬

欠 乏,

剤 投 与,

は ス ポ ー ツ活 動 が 原 因 と な る貧

deficiency anemia),ま

た は溶血性 貧

い わ れ て い る.

  運 動 性 貧 血 は女 性 に頻 度 が 高 く,激 しい トレ ー ニ ング,ま た は急 に 運 動 量 が 増 した場 合 に起 こ る.一 流 運 動 選 手 にお い て,男 性 の6∼7%,女 貧 血 との 報 告 が あ る.種

性 の25∼30%が

目別 に 検 討 した報 告 で は,女 子 陸 上 選 手 の過 半 数 が 運 動

性 貧 血 の 状 態 にあ る とい う.   b.  メ カ ニ ズ ム   1)  溶

血

  図6.73)は,大

学 ボ ー ト部 員 を 対 象 に し て,1週

後 の ヘ モ グ ロ ビ ン濃 度 を比 較 した もの で あ る.ほ 約10%の

と ん どの 選 手 にお い て 合 宿 後 に

ヘ モ グ ロ ビ ン濃 度 低 下 が 観 察 さ れ る.表6.33)に

図6.7  大 学 ボ ー ト部 員 夏 合 宿 前 後 の ヘ モ グ ロ ビ ン濃 度 の 変 化3) 対 象 者 は男 性11名,女 宿 期 間 は7日

間 で あ る.

性2名

間の夏 合宿前

で,合

示 す よ う に,こ

の とき

表6.3  夏 合 宿 前 後 の大 学 ボ ー ト部 員 の 血 中 成 分 濃 度3)

数値 はい ず れ も平 均値 ±標 準 偏 差(n=13).対 応 の あ るt検 定 にお いて, *:危 険 率5%ま た は**:1%で 有 意 差 が 認 め られ た .

網 状 赤 血 球(reticulocyte)は

合 宿 後 に増 加,血 漿 ハ プ トグ ロ ビ ン(haptoglobin)

濃 度 は 合 宿 後 に低 下 して い た.溶 ハ プ トグ ロ ビ ンが 結 合 す る.ゆ

血 に よ っ て血 漿 にヘ モ グ ロ ビ ン が 出 現 す る と,

え に血 漿 ハ プ トグ ロ ビ ンの 減 少 は,ボ ー ト部 員 に

溶 血 が 進 行 し て い る こ と を 意 味 す る.ま た 網 状 赤 血 球 の増 加 は,溶 血 の 進 行 に対 応 して赤 血 球 合 成 が 亢 進 して い る こ とを 意 味 す る.こ れ らの 観 察 結 果 は,運 動 性 貧 血 に溶 血 が 関 わ っ て い る こ と を端 的 に示 して い る.   2)  溶 血 の 原 因 電 解 質,特

  大 量 発 汗 時 に は 血 漿 電 解 質 濃 度 が 一 時 的 に 変 化 す る.血 漿

に ナ トリ ウ ム 濃度 が 変 化 す る こ とは,血 漿 浸 透 圧 の 変 化 を意 味 す る.

この よ うな 血 漿 浸 透 圧 の 変 化 は 溶 血 を起 こす 原 因 の ひ とつ か も しれ な い.   運 動 に よ る 機 械 的 衝 撃 が 内 出 血 や 溶 血 を起 こ し,貧 血 につ な が る 場 合 が あ る. ヒ トの 身 体 動 作 は 非 常 に大 き な重 力 を足 底 部 にか け る.こ の た め 激 しい 運 動 で は 血 管 が 押 しつ ぶ さ れ 内 出 血 を 起 こ し,同 時 に,赤 血 球 も壊 さ れ る.長 時 間 走 り続 け る ロ ー ドラ ン ナ ー や ジ ャ ン プ に 伴 う着 地 を繰 り返 す バ レー ボ ー ル 選 手 な どで は,こ の よ う な機 械 的 衝 撃 の 影 響 は大 きい だ ろ う.   一 方,マ

ウ ス に遊 泳 運 動 を一 定 期 間 負 荷 す る と,や は りヘ モ グ ロ ビ ン濃 度 の 低

下 を観 察 で き る.こ

の と きマ ウ ス の 血 液 に は 若 い 赤 血 球 の 割 合 が 増 加 して お り,

溶 血 に伴 う赤 血 球 合 成 の 亢 進 が 認 め られ る.マ ウ ス は汗 をか か な い し,遊 泳 運 動 は血 管 を壊 す ほ どの 機 械 的刺 激 で もな い.ゆ

え に こ の場 合 の 溶 血 に は別 の 要 因 が

関 わ る と考 え な け れ ば な らな い.運 動 時 に は酸 素 が 大 量 消 費 さ れ る た め,大 酸 化 ス トレス が 生 体 に生 じて い る可 能 性 が あ る.先

きな

に 紹 介 した ボ ー ト部 員 で は,

表6.3に

示 す よ う に,合 宿 後 に 血 漿 過 酸 化 脂 質 の増 加 と ビ タ ミ ンCお

度 の 低 下 が 認 め られ た.ゆ

よ びE濃

え に 運 動 に起 因 す る酸 化 ス トレ スが 赤 血 球 膜 の リ ン脂

質 に 損 傷 を 与 え て赤 血 球 膜 を脆 弱 化 させ,溶 血 を起 こ した 可 能 性 は高 い.   以 上 の よ う に,運 動 が 溶 血 を起 こす メ カ ニ ズ ム に は さ ま ざ ま な もの が提 示 さ れ て い る.お そ ら くは,こ れ らの メ カニ ズ ム が 重 な りあ っ て 溶 血 が 進 行 す る の で あ ろ う.   3)  出

血

 運 動 選 手 で は,精 神 的 ス トレス に よっ て 消 化 管 か ら出 血 を起 こ

す 場 合 が あ る.出 血 は 血 液 成 分,特

に鉄 を損 失 す る現 象 で あ るか ら,出 血 量 が 多

け れ ば 鉄 栄 養 状 態 に与 え る 影 響 は大 きい.   4)  ミ ネ ラ ル 欠 乏 と の 関 わ り 鉄,銅,亜

  欠 乏 し た 場 合 に 貧 血 を生 ず る ミネ ラ ル は,

鉛 で あ る.日 本 人 女 性 の約10%に

鉄 欠 乏性 貧 血,約30%に

フ ェ リチ

ン濃 度 低 下 に よ っ て診 断 され る潜 在 性 鉄 欠 乏 が 認 め られ る とい う実 態 を背 景 に し て,運

動 性 貧 血 に も鉄 摂 取 不 足 が 関 わ る と い う指 摘 が これ まで 行 わ れ て きた.た

しか に,運 動 性 貧 血 の ヒ トの 中 に は,血 清 鉄 や フ ェ リ チ ンの 数 値 か ら鉄 欠 乏性 貧 血 と診 断 さ れ る 事 例 が 存 在 す る.し か し,食 事 管 理 が 行 わ れ,十 分 に鉄 を摂 取 し て い る 実 業 団 や 大 学 の運 動 選 手 に も運 動 性 貧 血 は 認 め られ る.ま た,鉄 運 動 性 貧 血 者 に鉄 剤 を投 与 し て も改 善 しな い事 例 が あ る.ゆ

欠乏性の

えに運動性 貧血 で

は,鉄 の 体 内 利 用 が 低 下 して い る可 能 性 も考 え られ る.   c.  希 釈 性 貧 血   トレ ー ニ ン グ を積 ん だ 運 動 選 手 で は循 環 血 液 量 が 増 え る こ と が あ る.こ 合,赤

の場

血 球 や ヘ モ グ ロ ビ ンの 総 量 に は変 化 が な い の で,血 液 中 の水 分 量 が 増 え た

こ と に よ り,数 値 の う えで は 貧 血 と判 定 され る.こ (dilution anemia)と

の よ う な貧 血 は 希 釈 性 貧 血

い わ れ る.希 釈 性 貧 血 の 運 動 選 手 で は大 量 発 汗 に よ っ て 血

漿 水 分 量 が 減 少 して も,血 液 の粘 稠 化 は起 こ りに くい.ゆ

え に希 釈 性 貧 血 は大 量

発 汗 に対 す る 適応 と も解 釈 で き,運 動 選 手 に と っ て は 好 ま しい状 態 と い え る.事 実,希 釈 性 貧 血 の状 態 に あ る 運動 選 手 は好 成 績 を収 め る と い わ れ て い る.   d.  対

策

  1)  溶 血 の 予 防 合,食

  運 動 性 貧 血 の 原 因 で あ る溶 血 が 機 械 的衝 撃 で 生 じて い る場

事 や ス ポ ー ツ飲 料 補 給 に よる 予 防 は 困 難 で あ る.し か し,血 漿 浸 透 圧 の変

化 や 酸 化 ス ト レス が 関 わ っ て い る場 合 に は,あ

る程 度 の 対 処 は可 能 で あ る.

  大 量 発 汗 に よる 血 漿 浸 透 圧 の 変 化 は運 動 中 に水 分 とナ トリウ ム を適 切 に補 給 す れ ば予 防 可 能 で あ る.ス ポ ー ツ飲 料 や食 塩 を溶 か した 茶 系 飲 料 の 利 用 が 有 効 で あ ろ う.   一 方,酸 化 ス トレス に対 応 す る 栄 養 素 と して は,ビ

タ ミ ンC,ビ

よ び セ レ ンが あ げ られ る.先 に取 り上 げ た ボ ー ト部 員 に お い て,血 とEの

タ ミ ンE,お 中 ビ タ ミ ンC

濃 度 が 低 下 して い た こ とか ら,こ れ らの ビ タ ミ ンを サ プ リ メ ン ト と し て

推 奨 量 よ り もや や 多 く摂 取 す る こ とは 有 効 か も しれ な い.ま た セ レ ンは,グ ル タ チ オ ンペ ル オ キ シ ダ ー ゼ(glutathione に 関 わ っ て い る.動 物 実 験 で は,セ

peroxidase)と

して 生 体 内 過 酸 化 物 の 処 理

レ ン欠乏 状 態 に お い て 運 動 負 荷 を行 う と,過

酸 化 物 の 蓄 積 が 増 加 す る と報 告 さ れ て い る.し か し,必 要 量 を超 え た セ レ ンの投 与 が 有 効 で あ る とい う研 究 は見 当 た らな い.セ 限 摂 取 量 の 幅 が 狭 い こ と,お

レ ンに 関 して は,推 奨 摂 取 量 と上

よび 日本 人 は 日常 の 食 事 で 十 分 な摂 取 が 達 成 で きて

い る こ と を勘 案 す れ ば,サ プ リメ ン トな どか ら酸 化 ス ト レス予 防 を 目的 に大 量 摂 取 す る 意 義 は小 さい だ ろ う.   2)  ミ ネ ラル 欠 乏 に よ る貧 血 へ の 対 処

 運 動 性 貧 血 の ヒ トの 中 に は,鉄 欠 乏

性 貧 血 と診 断 され る事 例 が存 在 す る.こ の よ うな 場 合 は食 事 調 査 を行 い,鉄 の 摂 取 状 態 を把 握 す べ きで あ る.鉄 の 摂 取 不 足 が 明 らか で あ れ ば,食 事 内 容 の 改 善, さ ら に必 要 な ら鉄 剤 を投 与 して 鉄 栄 養 状 態 の改 善 を図 らね ば な ら ない.   一 方,鉄 投 与 で 改 善 しな い 鉄 欠 乏 性 の 運 動 性 貧 血 の事 例 が 存 在 す る.こ の よ う な場 合,亜

鉛投 与 が 有 効 な こ とが あ る.亜 鉛 は欠 乏 す る と,前 述 の ご と く赤 血 球

産 生 能 を低 下 させ る.し は,鉄

た が っ て,運 動 性 貧 血 予 防 の た め の 食 事 管 理 に お い て

と と も に亜 鉛 の 摂 取 に も注 意 を は ら うべ きで あ ろ う.

  6.6  ミ ネ ラ ル サ プ リ メ ン トの 意 義   a.  摂 取 の 意 義   健 康 に 対 す る 関 心 の 高 ま り を背 景 に 多 種 類 の サ プ リ メ ン トが 開 発 さ れ,す べ て の 必 須 ミ ネ ラ ル につ い て サ プ リ メ ン トが 市 販 され て い る.し か し,現 在 の 日本 人 に お い て,サ

プ リ メ ン トと して 摂 取 す る 意 義 の あ る ミネ ラ ル は 限 られ て い る.

  国民 栄 養 調 査 成 績 と食 事 摂 取 基 準 の 数 値 を比 較 した場 合,摂 定 数 以 上 存 在 す る と推 定 され る ミ ネ ラ ル は,カ

取 不 足 の ヒ トが 一

ル シ ウ ム,鉄,亜

鉛 の3種

であ

る.こ れ ら は疲 労 骨 折 や 貧 血 予 防 の観 点 か ら,運 動 選 手 にお い て も十 分 な摂 取 が 必 要 な ミネ ラ ル で あ る.   畜 産 物 に代 表 さ れ る動 物 性 食 品 は,カ る.ゆ

ル シ ウム,鉄,亜

鉛の有効 な供給源であ

え に これ らの ミネ ラ ル の摂 取 を増 や す に は,動 物 性 食 品 を現 状 よ りも多 く

摂 取 す る こ とが 必 要 と な る.つ ま り,カ ル シ ウ ム,鉄,亜

鉛 の 摂 取 不 足 は,穀 物

をエ ネ ル ギ ー 源 とす る 日本 型 食 生 活 の 宿 命 で あ り,こ れ を解 消 す る に は,畜 産 物 をエ ネ ル ギ ー 源 とす る 欧 米 型 食 生 活 を 現 状 以 上 に導 入 しな け れ ば な らな い.し か し,畜 産 物 の摂 取 を増 や す こ と は,動 物 性 脂 肪 の 摂 取 増 を意 味 し,世 界 で最 もバ ラ ンス が よい と され る糖 質,脂 質,タ が る.ゆ え に,カ ル シ ウ ム,鉄,亜

ンパ ク質 の 摂 取 バ ラ ンス を崩 す こ とにつ な

鉛 に 限 定 す れ ば,サ

プ リ メ ン トの 利 用 は三 大

栄 養 素 の 摂 取 バ ラ ンス を壊 す こ と な くこ れ らの ミネ ラ ル を補 給 す る こ と につ なが る.し た が っ て,サ

プ リメ ン ト利 用 の 意 義 は 十 分 に あ る とい え る.

  b.  摂 取 に お け る注 意 点   1)  摂 取 量

 サ プ リ メ ン トは誰 で も気 軽 に購 入 で き る.ま た,サ

プ リメ ン ト

の ミネ ラル 含 有 量 も 多 岐 に わ た っ て い る.ミ ネ ラ ル は 多 量 に摂 取 す れ ば過 剰 障 害 が 発 生 す る.ゆ

え に,信 用 で き るサ プ リメ ン トを選 択 し,か つ 過 剰 摂 取 に 十 分 注

意 しな け れ ば な らな い.   現 在,厚

生 労 働 省 は亜 鉛,カ

能 食 品(food とは,摂

ル シ ウ ム,鉄,銅,マ

with nutrient function claims)の

取 量 が 基 準 範 囲(亜 鉛3∼15mg/day,カ

鉄4∼10mg/day,銅0.5∼5mg/day,マ

グ ネ シ ウ ム に 対 し て栄 養 機

制 度 を設 け て い る.栄 養 機 能 食 品 ル シ ウ ム250∼600mg/day

グ ネ シ ウ ム80∼300mg/day)内

,

に なる

よ う に 設 計 さ れ た サ プ リメ ン トで あ る.し か し,栄 養 機 能 食 品 と い え ど も,亜 鉛,鉄,銅

に つ い て は,基 準 の 上 限 は 食 事 摂 取 基 準 の 推 奨 摂 取 量 を上 回 っ て お

り,無 秩 序 に利 用 す れ ば過 剰 摂 取 に至 る 可 能性 が あ る.ゆ

え に,こ れ らの サ プ リ

メ ン トを利 用 す る場 合 に は,医 師 や 栄 養 士 な どの 専 門家 の ア ドバ イス を受 け る こ とが 必 要 で あ る.  2)  吸 収 段 階 に お け る相 互 作 用

  栄 養 機 能 食 品 の 対 象 と な っ て い る ミネ ラ ル

は,た が い に類 似 の 機構 に よ っ て 吸 収 され る.ゆ え に,消 化 管 内 に これ らの ミネ ラ ル が 共 存 す る と,相 互 作 用 を起 こ し,そ れ ぞ れ の 吸 収 率 が 低 下 す る 場 合 が あ る.特 に,カ

ル シ ウ ム は 摂 取 量 が 多 い た め,他

の微 量 ミネ ラル の 吸 収 に 与 え る影

響 は 大 き く,カ

ル シ ウ ム サ プ リ メ ン ト を 食 事 中 に 摂 取 す れ ば,食

の 吸 収 率 を 低 下 さ せ る 可 能 性 が あ る.し は,服

事 中 の鉄 や 亜 鉛

た が っ て ミ ネ ラ ル サ プ リ メ ン トに つ い て

用 す る タ イ ミ ン グ に も 注 意 が 必 要 で あ る.

引 用 文 1)  金 子 佳 代 子,万 2)  Almond

木 良 平(2003)環

CS, Shin AY,

Salerno

AE,

Marathon.

Fortescue

Newburger

JW,

献

境 ・ス ポ ー ツ 栄養 学,建

帛社

EB,

D, Binstadt BA,

Mannix

Greenes

RC, Wypij

DS(2005)Hyponatremia

among

Duncan runners

CN,

Olson

DP,

in the Boston

N Engl J Med,352,1550-1556

3)  福 永 健 治,吉

田宗 弘,小

野 聡 子,中

園直 樹(1997)急

激 な運 動 に よる 血 液 成 分 の変 化.そ

のⅡ,微

量 栄 養 素 研 究,14,161-165 参 考 市川

厚 監 修,福

岡 伸 一 監 訳(2003)マ

厚 生 労 働 省 策 定(2005)日 田 宮 信 雄,村

松 正 実,八

倉書店 衛(1996)新

藤 斗志 也(2000)ヴ

伏木 亨,柴 田 克 己,吉 田 宗 弘,下 村 吉 治,中 (1996)ス ポ ー ツ と栄 養 と食 品,朝 倉 書 店 伏木

亨 編 著(2004)基

細 谷 憲 政 監 修(2004)ヒ 山 本 啓 一,丸

礎 栄 養学,光

学同人

生 理 学(第2版),文

民 栄 養 の現 状.平

本 人 の 食事 摂 取 基 準[2005年 木 達 彦,遠

献

ッキ ー 生 化 学(第3版),化

糸 川 嘉 則 編(2003)ミ ネ ラ ル の事 典,朝 小 幡 邦 彦,外 山敬 介,浜 田 明和,熊 田 健 康 ・栄 養 情 報研 究 会 編(2003)国

文

谷

成13年

光堂

厚 生労 働 省 国 民 栄 養 調 査 結 果,第

版],第

ォー ト基 礎 生 化 学,東 昭,河

田 照 雄,井

京化学同人

上 和 生,横

越 英 彦,中

生館

ュ ー マ ン ・ニ ュ ー トリ シ ョ ン.基 礎 ・食 事 ・臨 床,医

山工 作(1986)筋

肉,化 学 同 人

一 出版

一 出版

歯薬 出版

野長久

7.運

動時における各臓器のエネルギー代謝への寄与

  7.1  エ ネ ル ギ ー 代 謝 調 節 機 構 に つ い て の こ れ ま で の 諸 説   ATPは,細

胞 が 利 用 し他 の エ ネ ル ギ ー形 態 に変 換 で きる,唯

ギ ー の 形 態 で あ る.た

一の化 学エ ネ ル

と え ば 骨 格 筋 の 収 縮 は,ATP→ADP+Pi(無

機 リ ン酸)

の加 水 分 解 に よ る エ ネ ル ギ ー を ミ オ シ ンが ア ク チ ン フ ィ ラ メ ン トを 引 く物 理 的 な 力 に 変換 す る こ とで 生 じる.骨 格 筋 の収 縮 に限 らず,す べ て の 生 命 活 動 に は エ ネ ル ギ ー が 必 要 で あ り,生 物 が 生 きる とい う こ と はATPを か な ら な い.わ る.ヒ

れ わ れ はATP産

トのATP産

を参 照 さ れ た い.ヒ

metabolism),好

と呼 ぶ こ と も多 い.こ 用 す る の か,す

生 維 持 の た め に,食 事 を摂 取 して い る と も い え

生 系 は 大 き く分 け て 嫌 気 的 代 謝 と好 気 的 代 謝 に 分 類 さ れ る.

これ らの 詳 細 につ い て は 第5章 代 謝(anaerobic

産生 し続 け る こ とに ほ

トで は嫌 気 的 代 謝 を無 酸 素 的

気 的 代 謝 を 有 酸 素 的 代 謝(aerobic

の 節 で はATPを

産 生 す る 際 に,ど

metabolism)

のエ ネ ル ギ ー 基 質 を利

な わ ち エ ネ ルギ ー基 質 の 選 択 性 に 関 し述 べ る.

  運 動 中 の エ ネ ル ギ ー基 質 選 択 は さ ま ざ ま な 因 子 に よ り影 響 を 受 け る.た 運 動 の 強 度 と 時 間,食 事 の 種 類,運 薬 物,環

境,遺

伝 子 の 違 い(筋

動 中 の エ ネ ル ギ ー 補 給,運

とえば

動 トレ ー ニ ン グ,

線 維 型 な ど)が 代 表 的 な 例 で あ る.本 章 で は 特

に,運 動 の 強 度 と時 間 に 関 す るエ ネ ル ギ ー 基 質 選択 につ い て,骨 格 筋 内 で起 こ る 反 応 を 中 心 に述 べ る こ と に す る.   a.  無 酸 素 的代 謝 と有 酸 素 的 代 謝 の 選 択   こ の 選 択 につ い て は 古 くか ら よ く研 究 が 進 ん でお り,運 動 強 度 お よび 時 間 に よ り決 定 され る とい う見 解 が 一 般 的 で あ る.有 酸 素 的 代 謝 とは,酸 素 を使 い 基 質 を 水 と二 酸 化 炭 素 に まで 分 解 し,そ の 過 程 でATPを

得 る 反 応 で あ り,細 胞 内 小 器

官 の 一 つ で あ る ミ トコ ン ド リ ア 内 で 行 わ れ る.し か し反 応 過 程 が 多 く複 雑 な た め,定

常 状 態 に達 す る ま で 時 間 が か か り,最 大 速 度 は2.5mmol/kg/sと

い われ

て い る.一 方,無

酸 素 的 代 謝 と は 酸 素 を 使 わ ず にATPを

合 成 す る 反 応 で あ り,

ク レア チ ン リ ン酸 系 と解 糖 系 と もに 細 胞 質 で行 わ れ る.最 大 で11mmol/kg/sを 超 え る 速 い 速 度 でATPを atine phosphate

system)と

供 給 で き る と い わ れ て い る.ク

レア チ ン リン 酸 系(cre

は ク レ ア チ ン リ ン酸 の 分 解 に よ りADPをATPに

合 成 す る反 応 で あ り,解 糖 系(glycolytic pathway)と

は グ ル コ ー ス を無 酸 素 的 に

ピル ビ ン酸 あ る い は 乳 酸 ま で 分 解 す る 反 応 経 路 の こ とで あ る.ATP合 解 糖 系 よ りク レア チ ン リ ン酸 系 の 方 が 速 い.こ 給 は 短 い時 間 しか 維 持 で きな い.し

再

成速度 は

れ ら無 酸 素 的代 謝 に よ るATP供

た が っ て,運 動 強 度 を基 準 に 考 え る と,数 秒

か ら数 十 秒 の よ う な短 時 間 に多 量 の エ ネル ギ ー を必 要 とす る激 しい 運 動 で は 無 酸 素 的 代 謝 が エ ネ ル ギ ー産 生 の 中心 とな り,そ れ 以 下 の 運 動 強 度 で は 徐 々 に 有 酸 素 的 代 謝 の割 合 が増 加 して くる と い え る.マ

ラ ソ ンの よ う な長 時 間 続 く運 動 で は ほ

とん どの エ ネ ル ギ ー を有 酸 素 的 代 謝 で 得 て い る(図7.1).時

間 を基 準 に考 え る

と,軽 い運 動 で も運 動 開 始 直 後 は 酸 素 の 供 給 量 が 十 分 で な く,こ の 期 間 は 無 酸 素 的 代 謝 で エ ネ ル ギ ー 供 給 が 補 わ れ る.な お,こ 終 了 後 の余 分 な 酸 素 取 込 で 補 償 され るが,こ

の 運 動 初 期 の酸 素 不 足 分 は,運 動

の 関係 を酸 素 負 債 とい う.い わ ゆ る

無 酸 素 運 動 と呼 ば れ る運 動 で も有 酸 素 的 代 謝 は完 全 にス トップ して い る わ け で は

図7.1  距 離 の 異 な る 陸 上 競 技 に お け る総 エ ネ ル ギ ー 産 生 量 の 中 で 無 酸 素 的 代 謝 と有 酸 素 的 代 謝 が 占 め る割 合 (引 用 文 献1,p.30よ

り改 変)

な く,寄 与 率 が低 い だ け で あ る 点 に注 意 す る 必 要 が あ る.   b.  有 酸 素 的 代 謝 に お け るエ ネ ル ギー 基 質 の 選 択   有 酸 素 的 代 謝 に つ い て も う少 し詳 し く説 明 す る.こ の過 程 で 中心 とな る エ ネ ル ギ ー 基 質 は糖 質 と脂 肪 で あ る.タ と して あ ま り利 用 され ず,全

体 の10%に

が 有 酸 素 的 代 謝 を 経 る 場 合,す TCA回

路(TCA

ンパ ク 質 の 分 解 は一 般 に 運 動 中 のエ ネ ル ギ ー 源 満 た な い と い わ れ て い る.糖 質,脂

べ て ア セ チ ルCoAと

呼 ば れ る物 質 に 変 え られ,

cycle)と 呼 ば れ る循 環 した 反 応 経 路 で,水

全 に酸 化 さ れ る.TCA回 路 と も呼 ば れ る.そ

路 は クエ ン酸 回 路,ク

肪

と二 酸 化 炭 素 ま で 完

レブ ス 回 路,ト

リ カ ル ボ ン酸 回

して 酸 化 的 リ ン酸 化 と呼 ば れ る反 応 と同 時 進 行 し,生 体 内 に

貯 蔵 され た エ ネ ル ギ ー基 質 か ら効 率 よ くATPを   糖 質 は グ リ コ ーゲ ン(glycogen)と

合 成 す る.

呼 ば れ る グ ル コー ス が 多 数連 な っ た形 態 で

貯 蔵 され 主 に肝 臓 と筋 肉 に 蓄 え ら れ る.一 方 脂 肪 は 主 に 白色 脂 肪 組 織 に トリグ リ セ リ ド(triglyceride)の

形 態 で貯 蔵 さ れ,糖 質 に比 べ 単 位 重 量 あ た りの エ ネ ル ギ

ー が 大 き く,貯 蔵 量 の 限界 が糖 質 に比 べ 著 し く高 い とい う特 徴 が あ る.肥 満 は脂 肪 を 多 量 に貯 蔵 して い る状 態 で あ る.こ の 好 例 を あ げ る.体 重70kg体

こで 糖 質 と脂 肪 の 貯 蔵 量 を比 較 す る た め

脂 肪 率15%の

人 間 が,フ

ル マ ラ ソ ン を生 体 内 に

貯 蔵 され た糖 質 だ け で 行 う とす る と折 り返 し点 を少 し過 ぎた あ た りで力 つ き て し ま うが,体

脂 肪 だ け を燃 料 とす れ ば30回

以 上 繰 り返 し走 る こ とが で き る.脂 肪

は 糖 質 に比 べ い か に 多 量 に蓄 え られ て い る か(言 か)よ

い換 え れ ば 糖 質 が い か に 少 な い

くわ か る.一 般 に持 久 系 の競 技 で は,こ の 限 られ た 糖 質 をい か に温 存 で き

る か が 勝 負 の 分 か れ 目 と な る.   1)  運 動 強 度 に よ る エ ネ ル ギ ー基 質 利 用 の 違 い は糖 質,特

 比 較的高強度の持久 運動で

に 筋 肉 中 グ リ コー ゲ ンの利 用 が 高 い こ とが わ か っ て い る.こ れ は 運 動

強 度 が 高 い ほ ど,筋 肉 か ら血 中 に放 出 さ れ る 乳 酸 量 が 多 い こ と か ら も示 され る. 筋 肉 グ リ コー ゲ ン分 解 に よ る無 酸 素 的,有 酸 素 的 代 謝 は,ど ち ら も脂 肪 を利 用 す る よ りは るか に速 い 速 度 でATPを 動 強 度 の増 加 に並 行 して,筋

供 給 す る こ とが で き るた め で あ る.ほ か に 運

肉 内 に ア セ チ ル カ ル ニ チ ン(acetyl

carnitne)が

蓄

積 す る こ とが 報 告 さ れ て い る.ア セ チ ル カル ニ チ ンは,遊 離 カ ル ニ チ ンか ら生 成 さ れ る の で,ア

セ チ ル カ ル ニ チ ンの 増 加 は 遊 離 カ ル ニ チ ンの減 少 を 招 く.カ ル ニ

チ ン は脂 肪 酸 酸 化 に必 要 な物 質 で あ る こ とか ら,高 強 度 運 動 時 の脂 肪 利 用 の 低 下

に 関 与 して い る 可 能 性 が 示 唆 され て い る.   2)  持 久 運 動 時 の 運 動 時 間 に 伴 う エ ネ ル ギ ー基 質 利 用 の 変 化

  中 程 度 か ら低

強 度 の 持 久 運 動 中 にお い て は,脂 肪 酸 化 に よ るエ ネ ルギ ー供 給 の 寄 与 も増 加 して く る.こ

の と き,ATP供

給 速 度 が 脂 肪 酸 化 で も十 分 に 補 え る 場 合,生

体 は どち

らの エ ネ ル ギ ー 基 質 を利 用 す るの だ ろ う.実 際 に 呼 吸 商 や エ ネ ル ギ ー 基 質 濃 度 の 測 定 な どか ら,時 間経 過 に伴 い,エ

ネ ル ギ ー 源 とな る基 質 が糖 質 か ら脂 肪 へ 徐 々

に シ フ トす る こ とが 古 くか ら知 られ て い る(図7.2).こ

の糖 質 と脂 肪 の 利 用 の 調

節 は 複 雑 で あ り,現 在 まで 解 明 さ れ て い な い よ うで あ るが,ア 以 降 は糖 質 と脂 肪 は 共 通 の経 路(TCA回

路)を

セ チ ルCoA生

成

た どる こ とか ら,ア セ チ ルCoA

生 成 以 前 に そ の 調 節 段 階が な け れ ば な ら ない の は 明 らか で あ る.こ

こで は こ の 調

節 に 関 わ る諸 説 を紹 介 す る.  ⅰ) ピル ビ ン酸 脱 水 素 酵 素 複 合 体 お よび 解 糖 系 酵 素 に よ る調 節(グ 脂 肪 酸 回 路)  plex, PDH)は

ピル ビ ン酸 脱 水 素 酵 素 複 合 体(pyruvate

ル コ ー ス-

dehydrogenase

com

ミ トコ ン ド リア 内 膜 に 局 在 す る 三 つ の 酵 素 の複 合 体 で あ る.そ の

活 性 は 数 種 の ア ロ ス テ リ ッ クエ フ ェ ク ター や ホ ル モ ンの 作 用 に よっ て 調 節 さ れ て い る.ATP/ADP比 PDHキ

や アセ チ ルCoA/CoA比,

ナ ーゼ が 活 性 化 され, PDHは

PDH量

ナ ー ゼ が不 活 性 化 され, PDHは

ま り脂 肪 の 酸 化 に よ る ア セ チ ルCoAとNADHの

を 減 少 させ,そ

比 が 増 加 す る と,

リ ン酸 化 され 不 活 性 化 す る.逆 に これ らの

比 が 減 少 した り,ピ ル ビ ン酸 存 在 下 で はPDHキ 活 性 化 す る.つ

NADH/NAD+の

蓄 積 は,活 性 型

の 結 果 糖 質 の酸 化 を 抑 制 す る とい う こ とが 広 く受 け入 れ

図7.2  持 久 運 動 中 の エ ネ ル ギ ー源 の 推 移(引

用 文 献2よ

り改 変)

られ て い る.さ

ら に多 量 の ア セ チ ルCoAか

らク エ ン酸 が 過 剰 に 産 生 され 解 糖 系

の ホ ス ホ フ ル ク トキ ナ ー ゼ の 活 性 が 抑 制 され る.そ の 結 果,蓄 6-リ ン酸(G6P)の

上 昇 に よ っ て ヘ キ ソ キ ナ ー ゼ の 活 性 も抑 制 さ れ る こ とで グ ル

コ ー ス 酸 化 が 抑 制 さ れ る こ とが1964年Randleの 路(glucose-fatty

積 し た グ ル コー ス

acid cycle)で

提 唱 した グ ル コ ー ス-脂 肪 酸 回

あ る(図7.3).最

近 で は脂 肪 酸 に よ りイ ンス リ

ンの シ グナ ル経 路 が 阻 害 され る こ とが 報 告 され て お り,脂 肪 酸 は 糖 取 り込 み も阻 害 し糖 の利 用 を 抑 制 して い る と考 え られ る.し か しな が ら,こ の グ ル コ ー ス-脂 肪 酸 回 路 は ヒ トの 安 静 時 で は機 能 して い る が,最 大 下 運 動 時 でPDH活

性 に差 が

な い に もか か わ らず エ ネ ル ギ ー 基 質 利 用 の 変 化 が 観 察 され た こ とか ら,運 動 中 で は機 能 して い な い と い う意 見 もあ る.ま

た,そ

もそ も こ の 機 構 だ け で は,PDH

調 節 の 前 段 階 で あ る脂 肪 酸 酸 化 由 来 の ア セ チ ルCoA蓄

積 の 増 加 を説 明 す る こ と

が で きな い.  ⅱ)  マ ロ ニルCoAとAMPKに 細 胞 質 内 で ア セ チ ルCoAが ニ ルCoA(malonyl

CoA)に

よ る調 節 ア セ チ ルCoAカ

ル ボ キ シ ラ ー ゼ(ACC)に

合 成 され る.マ

トイ ル トラ ンス フ ェ ラ ー ゼ(CPT)1(脂

  脂 肪 酸 生 合 成 で は,ま ず 最 初 に

ロ ニ ルCoAは,カ

ル ニ チ ンパ ル ミ

肪 酸 を ミ トコ ン ドリ ア に 取 り込 む 際 に

図7.3  グ ル コ ー ス-脂 肪 酸 回 路 の 模 式 図 脂 肪 酸 酸 化 の増 加 が糖 質 の 酸 化 を抑 制 す る. G-6-P:グ ル コー ス6-リ ン酸,F-6-P:フ ル ク トー ス6-リ フ ル ク トー ス1,6-二

リ ン酸,PDH:ピ

ン酸,FDP:

ル ビ ン酸 脱 水 素 酵 素 複 合 体,CPT:

カ ル ニチ ンパ ル ミ トイル トラ ンス フ ェ ラー ゼ,HK:ヘ ホ ス ホ フ ル ク トキ ナ ー ゼ,PDHK:ピ

よ りマ ロ

キ ソ キナ ー ゼ,PFK:

ル ビ ン酸 脱 水 素 酵 素 キ ナ ー ゼ

必 要 な 脂 肪 酸 酸 化 の 律 速 酵 素)の

強 力 な 阻害 剤 で あ る こ とが 知 られ て い る.ラ

トで は肝 臓 中,骨 格 筋 中 の マ ロニ ルCoAは

ッ

最 大 下 運 動 に よ り経 時 的 に低 下 す る

こ とが 知 られ て お り,こ れ は脂 肪 酸 の 酸 化 増 加 と一 致 す る.マ

ロ ニ ルCoAの

運

動 に伴 う低 下 の 原 因 は未 解 明 の ま まで あ っ た が,近 年 運 動 に伴 い 活 性 が 上 昇 す る AMP-activated

protein

kinase(AMPK)と

活 性 化 す る こ とが わ か っ た.以 AMPKの

活 性 が 上 昇,ACCが

呼 ば れ る リン酸 化 酵 素 がACCを

上 の こ と か ら,運

動 に よ り骨 格 筋 ・肝 臓 の

不 活 性 化 しマ ロ ニ ルCoA量

が 低 下,骨

中 の 脂 肪 酸 酸 化 が増 加 す る とい う図 式 が 成 り立 つ(図7.4).し 格 筋 の マ ロ ニ ルCoA濃

格 筋 ・肝 臓

か し なが らヒ ト骨

度 は ラ ッ トに比 べ て 低 く運 動 中 の 変 化 が 少 な い こ と と,

ラ ッ トに お い て も本 来 脂 肪 利 用 が 少 な い 高 強 度 の 運 動 で もマ ロ ニ ルCoA量 少 す る こ と か ら,マ AMPKに

ロ ニ ルCoAの

作 用 に は い くつ か の 疑 問 点 が 残 る.一

は糖 取 込 み も 増 加 さ せ る 作 用 が 知 ら れ て い る.さ

AMP/ATP比

低 下)で

は ず で あ る.AMPKは

活 性 化 す る条

肪 利 用 共 に 活 性 化 す る 因 子 と考 え ら れ る.

よびAMPKが

糖 と脂 肪 利 用 バ ラ ン ス の 調 節 因子 か ど

うか は現 段 階 で は判 断 で きな い.

図7.4  マ ロニ ルCoAとAMPKに

よる エ ネ ルギ ー 代 謝調 節 の 模 式 図

AMPK:AMP-activated protein kinase,ACC:ア セ チ ルCoAカ ルボキ シラー ゼ,CPT:カ ル ニチ ンバ ル ミ トイ ル トラ ンス フ ェ ラー ゼ,GLUT4:グ ルコー ス 輸 送 担 体4型

方,

あ る こ とか ら,こ の と き糖 質 利 用 の 抑 制 は 起 こ らな い

糖 質 利 用,脂

した が っ て マ ロ ニ ルCoAお

が減

ら にAMPKは

の 上 昇 に よ り活 性 が 増 加 し,こ れ は お そ ら くPDHも

件(ATP/ADP比

不

 ⅲ)  神 経 筋 接 合 部 位 に よ る調 節

  近 年,骨

格 筋 を支 配 す る運 動 神 経 か ら神

経 の 興 奮 に 呼 応 して 放 出 さ れ る カ ル シ トニ ン 遺 伝 子 関 連 ペ プ チ ド(calcitonin gene-related

peptide, CGRP)が

グ リ コ ー ゲ ン合 成 を抑 制 し,グ

リ コー ゲ ン分 解

と乳 酸 の 生 成 を促 進 す る こ とがin vitroで 示 され た.最 大 下 運 動 時,神 経 か らの CGRP放

出 が 次 第 に 低 下 し,運 動 中 の糖 質 利 用 を抑 制 して い る機 構 が 考 え られ る

が,詳 細 は 今 後 の 研 究 を待 た ね ば な ら な い.   c.  臓 器 間 相 互 作 用   こ こ ま で は 運 動 中 の エ ネ ル ギ ー 基 質 利 用 に 関 し,骨 格 筋 細 胞 内 の 変 化 と して 述 べ て き た.し か しエ ネ ル ギ ー 基 質 の 利 用 は生 体 全 体 の 反 応 の結 果 で あ る.そ れ に もか か わ らず,運 動 中 の エ ネ ル ギ ー 基 質 利 用 に 関 して,臓 器 間 の 相 互 作 用 に 着 目 し て 論 じた 報 告 は 少 な い よ う で あ る.こ て,古

こでは運 動 中の臓器 間相 互作用 につい

くか ら知 られ て い る 機 構 に つ い て 簡 単 に述 べ る.

  1)  グ ル コー ス-脂 肪 酸 回 路

 先 に述 べ た グ ル コ ー ス-脂 肪 酸 回 路 は,筋 肉 と

脂 肪 組 織 の相 互 作 用 と もい え る.こ の 機 構 は明 快 で あ り,脂 肪 組 織 か ら骨 格 筋 へ の 脂 肪 酸 流 入 の 増 加 が,骨

格 筋 の 糖 利 用 を抑 制 す る もの で あ る.

  2)  Cori回 路 と グ ル コ ー ス-ア ラ ニ ン 回路

 運 動 時,骨 格 筋 で グ ル コ ー ス が

解 糖 経 路 を経 て 生 じる乳 酸 は,血 液 を介 し肝 臓 に運 ば れ,糖 新 生 経 路 に よ り グル コ ー ス に 変 え られ,再 cycle).運

動 時,ピ

び 血 中 に放 出 され 各 組 織 で 利 用 され る(Cori回

路, Cori

ル ビ ン酸 に ア ミノ基 が 転 移 され 生 成 した ア ラニ ンは 筋 肉細 胞

か ら放 出 さ れ,血 液 を介 し肝 臓 に移 行 す る.ア ラ ニ ンは 糖 新 生 に よ りグ ル コー ス に 変 換 され,再

び 血 中 に 放 出 され 各組 織 で 利 用 さ れ る(グ ル コー ス-ア ラ ニ ン回

路,glucose-alanine

cycle).こ

表 した も の で あ る.ち

の両 者 の 回 路 は いず れ も筋 肉 と肝 臓 の 相 互 作 用 を

な み に 骨 格 筋 か ら放 出 さ れ る乳 酸 も ア ラ ニ ン も運 動 強 度 が

高 い ほ ど多 く放 出 され る こ とが わか っ て い る.   3)  ホ ル モ ン

  運 動 時 に は,各

器 官 か ら さ ま ざ ま な ホ ル モ ンが 分 泌 さ れ る.

ホ ル モ ン は あ る臓 器 が 血 液 を 通 じて離 れ た 臓 器 に送 る信 号 と考 え られ るた め,臓 器 間相 互 作 用 の典 型 で あ ろ う.し か し,骨 格 筋 の糖 と脂 肪 利 用 に 関 し,明 確 な作 用 を もつ ホ ル モ ンは な い よ うで あ る.ほ

とん ど の ホ ル モ ン は,糖 質 と脂 質 代 謝 両

方 に影 響 す る こ とが 知 ら れ て い るが,糖

質 と脂 質 のバ ラ ンス を考 慮 し量 的 に解 析

した報 告 は な い よ うで あ る.も

ち ろ ん 最 初 に述 べ た よ う に運 動 は さ ま ざ ま な ホ ル

モ ン を 同 時 に 多 数 変 動 さ せ,血

流 も組 織 に よ っ て 変 化 す る の で,運

ン の 作 用 機 構 を 解 析 す る の は 容 易 な こ と で は な い.運 モ ン を 挙 げ る と,ア line),副

ド レ ナ リ ン(adrenaline),ノ

腎 皮 質 刺 激 ホ ル モ ン(ACTH),成

(cortisol),グ

ル カ ゴ ン(glucagon)な

モ ン は イ ン ス リ ン(insulin)以

動 中のホルモ

動 中 増 加 す る代 表 的 な ホ ル

ル ア ド レ ナ リ ン(noradrena 長 ホ ル モ ン(GH),コ

ど が 知 ら れ て い る.運

ル チ ゾール

動 中減少 す るホル

外 は あ ま り知 られ て い な い.

  7.2  運 動 時 に お け る 各 臓 器 の エ ネ ル ギ ー 代 謝 応 答   運 動 は そ の 動 力 源 で あ る 骨 格 筋 に 影 響 を 大 き く与 え る こ と は い う ま で も な い が,エ

ネ ル ギ ー 代 謝(energy

ど の 内 臓 器,脂 は,骨

metabolism)の

肪 組 織,脳,呼

観 点 か ら考 え る と,肝

臓 ・腎 臓 な

吸 循 環 器 系 な ど に も大 き な 影 響 を 与 え る.今

節で

格 筋 以 外 の各 部 位 が 運 動 に応 じて い か にエ ネ ル ギ ー 代 謝 に対 して貢 献 して

い る か 述 べ た い.   a.  肝

臓

  肝 臓(liver)は,臓

器 の 中 で 最 も 大 き い 臓 器 で あ る.体

で あ る に も か か わ ら ず,安 の こ と か ら,肝

静 時 で の 全 身 酸 素 消 費 量 の21%は

重 の2.6%前

後 の重量

肝 臓 が 占 め る.こ

臓 の 活 動 が 身 体 の エ ネ ル ギ ー 代 謝 に お い て どれ だ け 重 要 か わ か る

で あ ろ う.   一 方,運

動 時,エ

ネ ル ギ ー 消 費 以 上 に,肝

役 割 を 担 っ て い る.た (gluconeogenesis)に

と え ば,グ

臓 はエ ネ ル ギ ー 産 生 に お い て重 要 な

リ コ ー ゲ ン 分 解(glycogenolysis),糖

よ る グ ル コ ー スの 供 給,脂

の β 酸 化(β-oxidation)に

よ る ケ トン 体(ketone

肪 酸(non-esterified body)放

新 生 free acid)

出 な どが 主 に あ げ ら

れ る(図7.5).   1)  肝 臓 に よ る グ ル コ ー ス 産 生

  血 糖 調 節 に大 きな比 重 を 占 め る グ ル コー ス

産 生 は 短 期 的 に は 肝 グ リ コ ー ゲ ン 分 解 に よ り,長 ス 以 外 の 基 質(乳

酸,ア

リ ン酸(G6P)を

グ ル コ ー ス に 変 換 す る 酵 素(グ

肝 臓 に 多 く存 在 す る.つ と い え よ う.血 こ と か ら,一

ラ ニ ン)か

ま り,血

期 的 に は 肝 臓 に お け る グ ル コー

ら の 糖 新 生 に よ っ て 営 ま れ る.グ

ル コ ー ス ホ ス フ ァ タ ー ゼ)は,

糖 値 調 節 に 占め る肝 臓 の 貢 献 度 は き わ め て 高 い

糖 値 に 応 じ て 肝 臓 は グ ル コ ー ス を 放 出 し た り,取 種 の"恒

糖 器"と

ル コ ー ス6

い え る.こ

り 込 ん だ りす る

の 恒 糖 機 構 は 視 床 下 部(hypothalamus)

図7.5  肝 臓 に お け るエ ネ ルギ ー供 給 の模 式 図

-自 律 神 経 系(autonomic

nervous

system)を

介 し た 直接 的 な作 用 と

,副 腎

髄 質 か ら放 出 さ れ る ア ドレナ リ ンや 膵 臓 か ら放 出 さ れ る イ ンス リ ンや グ ル カ ゴ ン を 介 した 間 接 的 な作 用 の 両 者 に よっ て 調 節 され る.   運 動 時 に お い て は,血 糖 値 の低 下 を防 ぐた め,こ

う した 機 構 が 即 座 に 応 答 して

グ ル コ ー ス 産 生 系 へ と作 動 し,血 糖 値 を一 定 レベ ル に保 っ て い る.   2)  肝 臓 に よ る ケ トン体 産 生

  肝 細 胞 は 脂 肪 酸 の β酸 化 活 性 が 最 も強 く,

血 中 の 遊 離 脂 肪 酸 は 肝 細 胞 に 取 り入 れ られ,そ ネ ル ギ ー と して も一 部 利 用 さ れ るが,大 さ れ る.血

中 の ケ トン体 は,他

こ で β酸 化 を 受 け,肝

自身のエ

部 分 は ケ トン体 とな って 再 度 血 中 へ 放 出

の どの エ ネ ル ギ ー 基 質 よ り優 先 して肝 外 組 織 へ 取

り入 れ られ,β 酸 化 さ れ た の ち ア セ チ ルCoA(acetyl-CoA)と トコ ン ドリ ア で 燃 焼 さ れ る最 もす ぐれ た 燃 料 基 質 で あ る.特

な り,た だ ち に ミ に脳(brain)で

は

グ ル コー ス に 変 わ る燃 料 と して そ の 役 割 は大 きい.   3)  運 動 と肝臓 に よ る燃 料 産 生

  持 久 的運 動 にお い て,肝 臓 が 産 生 す る 燃 料

の 中心 と な る の は,運 動 初 期 で は グ ル コー ス で あ る.運 動 を継 続 す る と,時 間 経 過 と と も に ケ トン体 へ と移 行 す る と考 え られ る.

  b.  脂 肪 組 織   平 均 的 な成 人 にお い て 体 重 の 約20%前 組 織(adipose

tissue)の

後 を 占 め て い る に もか か わ らず,脂

消 費 す る酸 素 量 は 総 酸 素 消 費 量 の わ ず か5%程

肪

度 にす

ぎ な い.   エ ネ ル ギ ー貯 蔵 の 面 か らみ る と,ト リ グ リ セ リ ドは最 も効 率 の 良 い エ ネ ル ギ ー で あ り,実 際 に トリ グ リ セ リ ド1gの り,糖 質,タ

ンパ ク 質(各 約4kcal/g)よ

リ コー ゲ ン と違 っ て,貯 蔵 の 際,結 100%が

酸 化 に よ っ て 生 じ る 熱 量 は9.3kcalで り効 率 の よ い基 質 とい え る.ま

あ

た,グ

合 水 を必 要 と し な い の で,貯 蔵 脂 肪 の ほ ぼ

脂 肪 そ の も の で あ る.脂 肪 細 胞 で は トリ グ リ セ リ ドの 加 水 分 解 とエ ス テ

ル 化 に よ る再 合 成 が 常 に行 わ れ て お り,こ の 二 つ の 過 程 の進 行 具 合 に よ っ て,血 中 へ の脂 肪 酸 や グ リセ ロ ール(glycerol)の

供 給 が左 右 さ れ る.

  運 動 時 にお け る脂 肪 組 織 は エ ネ ル ギ ー供 給 源 と して の 役 割 が 大 き く,特 に低 強 度 か ら中 強 度(65%Vo2max程

度)で

の 運 動 時 に は 重 要 で あ る.運 動 時,脂

肪組織

の トリグ リセ リ ド分 解 反 応 は,血 中 カ テ コ ラ ミ ン(特 に ア ド レナ リ ン)が そ の 中 心 的 役 割 を果 た し,グ ル カ ゴ ン,コ ルチ ゾ ル,ACTHな

ど は カ テ コ ラ ミ ン に許 容

的 に働 き脂 肪 分 解 を促 進 して い る の で は な い か と考 え られ て い る.ま た,交 感 神 経 系 に よ る 神 経 性 調 節 も存 在 す る.中 程 度 の 運 動 に よ り,血 中 ア ドレナ リ ン お よ び 交 感 神 経 終 末 か ら放 出 され る ノ ル ア ドレナ リ ンが β 受 容 体 を刺 激 し,ホ ル モ ン感 受 性 リパ ー ゼ(HSL)が 7.6).結

果,血

活性 化 され,ト

中 へ の 血 中 脂 肪 酸,グ

ギ ー 基 質 と して 肝 臓,骨

リグ リ セ リ ド分 解 が 促 進 され る(図

リ セ ロ ー ル の放 出 が 高 ま り,両 者 は エ ネ ル

格 筋 で 利 用 され る.

  絶 食 な どで 血 糖 値 が 低 下 した 際 に は,グ

ル カ ゴ ンがHSLを

活 性 化 して,ト

リ

グ リセ リ ド分 解 を促 進 す る.   c.  心

臓

  心 臓(heart)は 身 の 約9%で

心 筋 か ら構 成 さ れ,安 静 状 態 で の 心 臓 エ ネ ル ギ ー消 費 量 は全

あ るが,組 織 重 量 当 た りの エ ネ ル ギ ー 消 費量 は 骨 格 筋 に比 べ て 著 し

く大 で あ る.運

動 に よ り心 拍 数,心

拍 出 量 の 増 加 と と も に,酸 素 消 費 も増 大 す

る.心 臓 の循 環 機 能 は 自律 神 経 系 に よっ て 巧 み に 調 節 さ れ,血 液 流 量,肺 密 接 に関 係 して お り運 動 能力 に寄 与 す る.

機能 と

図7.6  脂 肪 細 胞 にお け るエ ネ ル ギー 供 給 の 模 式 図

  d.  副 腎 髄 質   副 腎 髄 質(adrenal

medulla)か

ら放 出 され る カ テ コ ラ ミ ン(catecholamine)

に は ア ドレナ リ ン,ノ ル ア ドレナ リ ンお よび ドー パ ミ ンが あ る.こ れ ら は副 腎 髄 質 か ら放 出 さ れ るが そ の 大 部 分 は ア ド レナ リ ン(80%以

上)で

あ り,運 動 中 に

放 出 され る ア ドレナ リ ンはす べ て 髄 質 由 来 に 限 定 され る.他 方,ノ ン の 大 部 分 は 交 感 神 経 終 末 か ら放 出 さ れ る.ノ

ル ア ドレナ リ

ル ア ドレナ リ ンの90%以

シ ナ プ ス 小 胞 内 に 貯 蔵 さ れ,神 経 終 末 の 脱 分 極 に よ る細 胞 内Ca2+濃 遊 離 す る.運 動 強 度,時

上 が,

度の増加 で

間 に よ り,両 者 の放 出量 が 変 化 す る.

  カ テ コ ラ ミ ン は 肝臓,骨

格 筋,脂

肪 組 織 に お け る燃 料 代 謝 に 関 連 して お り,特

に 運 動 時 に 非 常 に重 要 な役 割 を果 た す.   e.  膵

臓(膵

  膵臓(pancreas)の

内 分 泌) ラ ン ゲ ルハ ンス 島 α細 胞 か ら グ ル カ ゴ ンが,β 細 胞 か ら イ

ンス リ ンが 分 泌 さ れ る.グ

ル カ ゴ ンは 肝 グ リ コ ー ゲ ン分 解,糖 新 生 促 進,ケ

トン

体 生 成,脂 肪 分 解 作 用 を もっ て お り,イ ン ス リ ンは 骨 格 筋 ・心 筋 ・脂 肪 へ の グ ル コ ー ス 取 込 促 進,糖 新 生 抑 制,脂 肪 酸 合 成 促 進 作 用 を有 して い る.運 動 に よっ て グ ル カ ゴ ンの 分 泌 は促 進 し,運 動 中 の 血糖 保 持 に 貢献 して い る.ま

た,運 動 に よ

り イ ンス リ ンの分 泌 は抑 制 され る.   f.  腎

臓

  エ ネ ル ギ ー 産 生 臓 器 と して の 腎 臓(kidney)を る臓 器 とい え る.G6Pを

と らえ る と,糖 新 生 機 能 を有 す

グ ル コ ー ス に変 換 す る 糖 新 生 最 終 酵 素 で あ る グ ル コ ー

ス ホ ス フ ァ ター ゼ は肝 臓 の み な らず 腎 臓 に も存 在 す る(肝 運 動 時,骨

に90%,腎

に10%).

格 筋 にお い て 生 じて 血 中へ 放 出 され た乳 酸 は肝 臓 の み な らず 腎 臓 へ も

運 ば れ糖 新 生 経 路 に入 り,血 糖 値 調 節 に貢 献 す る.   g.  胃(stomach)(胃   膵 外 分 泌 同様,低

分 泌) 強 度 運 動 で は影 響 は 少 ない が,高 強 度 の 運 動 で は 胃酸 分 泌 が

抑 制 さ れ る.   h.  消 化 管(gastrointestinal)(消

化 管 運 動)

  食 道 の 蠕 動 運 動 は運 動 強 度 の 増 加 と と も に抑 制 され,胃 排 出 は,低 強 度 運 動 時 にお い て 促 進,高

強 度 運 動 時 に は遅 延 す る と い わ れ て い る.小 腸 にお い て は い ま

だ 不 明 で あ る.運 動 は大 腸 運 動 を促 進 す る と さ れ て お り,運 動 の 休 止 に よ り蠕 動 運 動 が 運 動 前 よ り強 くな る とい う.消 化 吸 収 に 関 して は,運 動 に よ り低 下 す るか 影 響 が な い か い ま だ よ くわ か って い な い.   i. 脳   脳 の 重 量 は体 重 の約2%程 ギ ー消 費 量 の約20%を

度 で あ る が,脳

の エ ネ ル ギ ー 消 費 は全 身の 総 エ ネ ル

占 め て い る.こ れ は,体 重 の 約40∼50%を

占め て い る骨

格 筋 の エ ネ ル ギ ー 消 費量 と 同程 度 で あ る.脳 が よ り多 くの エ ネ ル ギ ー を要 求 す る 理 由 と して,脳

は睡 眠 時 で さ え も機 能 して い る 高 次 の 情 報 中 枢 機 構 で あ り,電 気

化 学 的 あ る い は 分 子 レベ ル で の 活 動,精

神 活 動 に お い て エ ネル ギ ーが 必 要 で あ る

こ とが 考 え られ る.   安 静 時,脳

は 燃 料 と して グ ル コ ー ス を利 用 す る.通 常,末

が ニ ュ ー ロ ン(神 経 細 胞)に 動 の エ ネ ル ギ ー 源 で あ るATPが

直 接 取 り込 まれ,解

糖 系,TCA回

梢 血 液 の グ ル コー ス 路 を経て神 経活

産 生 さ れ る(図7.7).

  運 動 と脳 で の エ ネ ル ギ ー 代 謝 と の 関 係 につ い て こ れ ま で 不 明 な 点 が 多 か っ た が,最

近 数 多 くの研 究 報 告 が あ る.緩 や か な運 動 に よ っ て も,脳 全 体 で の エ ネ ル

ギ ー代 謝 変 化 は 見 られ な い.し

か し,運 動 強 度 が 上 昇 す る につ れ脳 が要 求 す る酸

素 量 は 増 大 す る.運 動 強 度 が 高 ま る と,末 梢 血 液 中 の グ ル コー ス は アス トロ サ イ

図7.7  脳 に お け る 安 静 時 の エ ネ ルギ ー 代 謝 の模 式 図

ト(ニ ュ ー ロ ンヘ エ ネ ル ギ ー を供 給 す る細 胞)へ へ と変 換 され 放 出 さ れ る(図7.8).さ

取 り込 まれ,解 糖 系 に よ り乳 酸

らに,近 年 の 研 究 に よ り脳 に も(主 に ア ス

トロ サ イ ト)グ リ コ ー ゲ ンが 存 在 し,脳 で の エ ネ ル ギ ー代 謝 に深 く関 与 して い る こ とが 示 され て い る.脳 が 活 性 化 され る と,脳 の グ リ コー ゲ ンか ら乳 酸 が 放 出 さ れ,ニ

ュ ー ロ ンで 速 や か に 利 用 され る.ニ ュ ー ロ ン に お い て 乳 酸 は グ ル コー ス よ

り効 率 良 く利 用 され,特

に,神 経 機 能 の 維 持 に重 要 で あ る こ と も わ か っ て い る.

実 際 に,高 強 度 運 動 時 に は 脳 にお け る グ ル コー ス 取 り込 み が低 下 し,乳 酸 が 積 極 的 に取 り込 ま れ エ ネ ル ギ ー 源 と して 利 用 さ れ て い る こ と がPETを

用 い た ヒ トに

お け る実 験 に お い て も示 され て い る.高 強 度 運 動 は 筋 肉か ら乳 酸 を放 出 させ,末 梢 血 液 中 の 乳 酸 濃 度 を上 昇 させ る こ と は よ く知 られ て い る こ とで あ ろ う.運 動 時 に,末 梢 血 液 中 で増 加 した 乳 酸 が 血 液脳 関 門 を通 過 し,ニ ュ ー ロ ンで 速 や か に取 り込 まれ て利 用 され て い る か も しれ な い.今 後 の研 究 に期 待 が か か る.こ れ らの 機 構 は 生 体 に とっ て 一 番 重 要 な 基 質 で あ る グ ル コ ー ス を節 約 す る 意 味 に お い て も 合 理 的 な 調 節 で あ る とい え る.   ケ トン体 は,絶 食 時 に脳 で も燃 料 と し て利 用 さ れ る.長 時 間 運 動 時 に お い て, ケ トン体 の 利 用 割 合 が 増 加 す る こ と も報 告 さ れ て い るが,詳 細 は 明 らか に な っ て

図7.8 脳 における高 強度運動時のエネルギー代謝の模式 図

い な い.   脳 は 身体 全 体 を常 にモ ニ ター して い る 高 次 中枢 で あ る た め,燃

料の枯渇 が許 さ

れ な い組 織 で あ り,幾 重 も の機 構 に よ っ て巧 み な調 節 を 受 け て い る.

  7.3  中 枢 神 経 系 に よ る エ ネ ル ギ ー 代 謝 調 節 制 御 機 構   今 節 で は 末 梢 エ ネ ル ギ ー 代 謝 調 節 に 中 枢 神 経 系(central CNS),特

に視 床 下 部 が 自律 神 経 系,内

分 泌 系(endocrine

nervous system)を

system, 介 して 深

く関与 して い る こ と を統 括 的 に 述 べ た い.   a.  脳 の 中 の 視 床 下 部   動 物 の ホ メ オス タ シス は,内 的 お よび外 的 環 境 の 変化 に対 応 して 全 身 の 細 胞 ・ 臓 器 の機 能 を変 動 させ る こ とに よ っ て維 持 さ れ て い る.そ れ ら を全 体 と して モ ニ タ ー し,統 轄 して い るの が 脳 で あ る.全 身 エ ネ ル ギ ー代 謝 の ホ メ オ ス タ シス は臓 器 と脳,特

に視 床 下 部 と の 間 で 情 報 を交 換 す る こ とに よっ て 維 持 され て い る.

  視 床 下 部 に は末 梢 か らの 信 号 を受 容 ・統 合 した後,適

切 に情 報 処 理 され た 新 た

な シ グ ナ ル を発 信 す る とい っ た 基 本 機 構 が 備 わ っ て い る.視 床 下 部 は脳 の 最 深 部 に位 置 し間 脳 の 腹 側 部 に存 在 し,そ こに はい くつ か の神 経 核 が あ り,位 置 な らび

図7.9  中 枢 神 経 と視 床 下 部 神 経 核 ・脳 下 垂 体 (引用 文 献3,p.3よ り引用)

に 機 能 の面 か ら 内側 と外 側 に大 別 す る こ とが で き る(図7.9).内

側 には後述す る

自律 神 経 機 能 や 内 分 泌 機 能 に 直接 関 わ る 諸 核 が 存 在 し,腹 内 側 核(VMH),室 核(PVH)な

どが エ ネ ル ギ ー消 費 に 関 与 す る.外

側(LH)に

す る 各 種 の 神 経 繊 維 と大 型 の 神 経 細 胞 か ら構 成 さ れ,エ

房

はこの部位 を通過

ネルギ ー貯蔵 に関与 す

る.   b.  視 床 下 部 の 自律 神 経 機 能 と内 分 泌 機 能   1)  自律 神 経 機 能

  自律 神 経 系 は交 感 神 経 系,副

交 感 神 経 系 か ら成 り立 っ て

お り,体 性 神 経 系 と並 ん で 末梢 と脳 をつ な ぐ神 経 情 報 経 路 と して 重 要 で あ り,そ の 上 位 中枢 は視 床 下 部 に あ る.VMHお

よ びPVHの

ニ ュ ー ロ ン か ら発 した 神 経

繊 維 は い くつ か の ニ ュー ロ ンを 介 し肝 臓 や 膵 臓,副

腎,脂 肪 組 織 な ど を交 感 神 経

性 に 支 配 す る(図7.10).一 系)を

方,LHの

ニ ュ ー ロ ン繊 維 は 迷 走 神 経(副

交感 神経

介 し内 臓 臓 器 に 分 布 す る.

  2)  内 分 泌 機 能

 視 床 下 部 は 直 下 の 脳 下 垂 体 と神 経 性 お よ び脈 管 性 に 繋 が っ

て お りそ の 内 分 泌 機 能 を 調 節 す る.そ の 全 容 を 図7.11に

示 す.さ

らに,視

床下

部 は,末 梢 血 中 ホ ル モ ンが 視 床 下 部 の 機 能 を抑 制 す る と い う フ ィ ー ドバ ッ ク制 御 の 中心 的 役 割 も担 う.   こ の よ う に,視 床 下 部 は 自律 神 経 中枢,お

よ び 内 分 泌 中枢 と して 両 者 の機 能 を

巧 み に統 合 しな が ら全 身 エ ネ ル ギ ー 代 謝 の 調 節 に要 の 役 割 を演 じて い る.

図7.10  視 床 下 部 か ら 自律 神 経 系 へ の 経 路 VMH:腹

内 側 核,PVN:室

内 側 核,PAG:中

傍 核,LHA:外

脳 中 心 灰 白 質,RET:延

迷 走 神 経 背 側 核,IML:中 (引用 文献3,p.5よ

側 野,DMH:背 髄 網 様 体,DMV:

間質側核

り引 用)

  c.  末 梢 エ ネ ル ギ ー代 謝 に お け る 直 接 的 な神 経 性 調 節   大 部 分 の臓 器 は交 感 神 経 と副 交 感 神 経 の 拮 抗 的 な二 重 支 配 を 受 け て い る が,そ の 比 率 は臓 器 に よ っ て異 な る.た

とえ ば,心 臓,胃

腸 に は両 神 経 が 豊 富 に分 布 す

る が,褐 色 脂 肪 組 織 や 脾 臓 な ど は交 感 神 経 が 主 に支 配 して い る.交 感 神 経 系 は主 に 緊 急 事 態 に 対 処 す る た め の 神 経 で あ り,ス

トレス,怒

りに応 じて 貯 蔵 エ ネ ル ギ

ー を動 員 して 闘 争 や 逃 亡 に 必 要 な運 動 器 官 に エ ネ ル ギ ー を供 給 す る.一 方,副

交

感 神 経 は 回復 過 程 あ る い は 休 息 時 に働 く神 経 で,胃 腸 機 能 の促 進,心 拍 減 少,血 圧 低 下 を伴 っ て エ ネ ル ギ ー の 節 約 と補 給 を助 け る.肝 臓,脂

肪 組 織,骨 格 筋 の 糖

図7.11  視 床 下 部 と下 垂体,全 身 内 分 泌 腺 との 関 係 ルチ コ ト ロ ピ ン放 出 ホ ル モ ン,TRH:チ ロ トロ ピ ン放 出 ホ ル モ ン,GRH:成

CRH:コ

出 ホ ル モ ン,GnRH:ゴ 刺 激 ホ ル モ ン,GH:成

ナ ド トロ ピ ン放 出 ホ ル モ ン,ACTH:副 長 ホ ル モ ン,FSH:卵

胞 刺 激 ホ ル モ ン,LH:黄

視 床 下 部 か ら下 垂 体 前 葉 に対 して は,図 示 した 以 外 に も,ソ

長 ホ ル モ ン放

腎 皮 質 刺 激 ホ ル モ ン,TSH:甲

状腺

体 化 ホ ルモ ン

マ トス タチ ン や ドー パ ミ ン,GnRH関

連 ペ プ チ ドが 作 用 して,各 種 ホ ル モ ン に対 して抑 制 的 に作 用 し た ソ プ ロ ラ クチ ン分 泌 を調 節 して い る.点 線 は神 経 経 路 を示 す. (引用 文 献2,p.7よ

り引 用)

な ら び に脂 肪 代 謝 に及 ぼ す 自律 神 経 の 直接 的 な 制 御 作 用 の 存 在 は 島 津 らの グ ル ー プ,坂

田 らの グ ル ー プ に よ っ て 証 明 さ れ て い る.こ れ らの研 究 の 一 部 を紹 介 した

い.

  1)  肝 臓 に お け る神 経 性 調 節 VMH-交

  嶋 津 らは 電 気 的 ・化 学 的 刺 激 実 験 に よ り,

感 神 経 系 が 興 奮 す る とホ ス ホ リラ ー ゼ が 活 性 化 され 肝 臓 の グ リ コー ゲ ン

分 解 が促 進 し,ま た グ ル コ ー ス ボ ス フ ァ タ ー ゼ を も活 性 化 させ て 糖 新 生 も促 進 さ せ た結 果,血

中 グル コ ー ス 濃 度 が 増 大 す る こ と,さ ら に は骨 格 筋 で の解 糖 が 亢 進

す る こ と を見 い だ した.一

方,LH-副

交 感 神 経 系 が 優 位 に な る と,上 述 した 機 構

が 抑 制 され る と同 時 に,グ

リ コ ー ゲ ン シ ン タ ーゼ が 活 性 化 さ れ グ リ コ ー ゲ ン蓄 積

が 進 む こ と も発 見 した.肝 臓 に お け る 神 経 性 グ ル コ ー ス 代 謝 調 節 を 図7.12に とめ た.こ

ま

う した 現 象 が 発 見 され る以 前 は,血 糖 値 の ホ メ オ ス タ シス は ホ ル モ ン

図7.12  肝 臓 にお け る エ ネ ル ギ ー 代 謝 の 神 経 性 調 節

作 用 に よる 調 節 が 主 流 で あ る と考 え られ て い た.そ

の た め,神

の 直 接 的 な 代 謝 調 節 作 用 の存 在 は見 過 ご され て い た.す

経系 に よ る臓 器へ

な わ ち,こ れ らの 研 究 結

果 は 画 期 的 な発 見 で あ っ た とい え よ う.   2)  肝 外 組 織 に お け る 神 経 性 調 節

  嶋 津,斉

藤 ら は,脂 肪 代 謝,脂 肪 動 員,

つ ま り遊 離 脂 肪 酸 と グ リセ ロ ー ル の 血 中へ の放 出 に つ い て もVMH-交

感神 経系

の 直 接 的 作 用 が あ る こ とを発 見 した.交 感 神 経 が 豊 富 に分 布 す る 褐 色 脂 肪 に お い て も,脂 肪 分 解,熱

産 生 を直 接 活性 化 す る こ とが 見 い だ され た.さ

ら に,骨 格 筋

や心 筋,褐 色 脂 肪 にお け るグ ル コ ー ス の 取 込 み ・利 用 が 選 択 的 にVMHを

頂点 と

す る 交 感 神 経 を 直接 的 に介 して 著 し く促 進 す る と い う発 見 が な され た.グ

ルコー

ス取 込 み 上 昇 機 構 と して 細 胞 表 面 に存 在 す る β3受 容 体 を介 して い る と考 え られ て お り,ノ ル ア ドレ ナ リ ンの β3作 用 はGLUT4の な く,も

と も と細 胞 膜 上 に存 在 す るGLUT1の

細 胞 膜 へ の移 行 を促 す の で は グ ル コー ス 輸 送 活 性 を 高 め る こ と

に依 存 して い る こ とが 明 らか とな っ た.   脂 肪 細 胞 か ら分 泌 され 視 床 下 部 に 強 く作 用 し,生 体 の エ ネ ル ギ ー 代 謝 調 節 に深 い 関 わ り を もつ レ プ チ ン(leptin)を

視 床 下 部 に投 与 して も 同様 に グ ル コー ス取

込 み が 上 昇 す る.こ の 結 果 か ら,レ プチ ンは 交 感 神 経 系 を活 性 化 して骨 格 筋,心

筋,褐 色 脂 肪 組 織 で の 糖 代 謝 を 亢進 させ て い る こ とが 明 らか と な っ た.   3)  交 感 神 経 系 を 介 した レプ チ ン に よ る 脂 肪 酸 酸 化 作 用

  こ れ らの 知 見 に加

え て,最 近,箕 越 らは レ プ チ ンの 中枢 作 用 が 交 感 神 経 を 介 して 骨 格 筋(赤 筋)に お け る脂 肪 酸 の β酸 化 を 促 す こ と を明 らか に した.こ 達 に はAMPK(図7.4)が 筋 細 胞 内 のAMPKを 果,脂

関 与 して い る.レ プ チ ン は交 感 神 経 の α作 用 を介 して 活 性 化 し,リ

ン酸 化 に よ りACCを

肪 酸 酸 化 の 鍵 物 質 マ ロ ニ ルCoA含

起 こ され る.つ

の レ プ チ ンの シ グ ナ ル伝

不 活 性 化 さ せ る.そ の結

量 が 低 下 し,脂 肪 酸 酸 化 の 亢 進 が 引 き

ま り,レ プ チ ンの 中枢 作 用 は 交 感 神 経 系 を介 して骨 格 筋 に お け る

糖 代 謝 の み な らず,脂

肪 酸 の酸 化 も促 進 して 生 体 の エ ネ ル ギ ー 消 費 を活 発 に す る

働 き を営 む とい え る.   4)  交 感 神 経 系 を 介 し た脳 内 ヒ ス タ ミ ン ニ ュー ロ ン に よ る 脂 肪 代 謝 亢 進 作 用 坂 田,吉 松 ら は脳 内 ヒ ス タ ミ ン含 有 ニ ュ ー ロ ン に よ っ て エ ネル ギ ー 代 謝,特

に脂

質 代 謝 亢 進 作 用 を見 い だ して い る.後 部 視 床 下 部 の 結 節 乳 頭 核(TMN)に

局在

す る ヒ ス タ ミ ン神 経 系 は 脳 内 の ほ ぼ 全 域 に そ の 含 有 神 経 繊 維 を送 っ て お り,視 床 下 部 で はVMHやPVHに

密 な神 経 投 射 が 見 られ る.ヒ ス タ ミ ン ニ ュ ー ロ ン を 介

し た エ ネ ル ギ ー 代 謝 に は 二 つ の 作 用 が 見 られ る こ と が わ か っ て い る.一 VMH,

PVHへ

う一 つ は,PVH,

の 投 射 に よるH1受 DMHを

つ は,

容 体 を介 した 食 欲 抑 制 に 関 わ る 系 で あ る.も

介 し,交 感 神 経 賦 活 化 を 介 した 末 梢 で の エ ネ ル ギ ー消

費 を促 進 す る系 で あ り,内 臓 脂 肪 分 解 と褐 色 脂 肪 で の 脱 共 役 機 能 を 亢 進 させ る働 きが あ る.こ れ らの 結 果 は 視 床 下 部 内 へ の微 量 注 入 実 験,交 的 実 験,脂

感神経 の電気生理学

肪 組 織 か ら放 出 され る グ リ セ ロー ル を 測 定 す るin vivo microdialysis

法 を用 い た 実験 か ら明 らか に され て い る.さ

ら に,β 受 容 体 遮 断 薬 投 与 で こ れ ら

効 果 が 消 失 す る こ とが 示 され て お り,交 感神 経 系 の 関 与 を 強 く裏 付 け て い る.ヒ ス タ ミ ンニ ュ ー ロ ン の 賦 活 化 は脂 肪 分 解 作 用 の 亢 進 だ け で な く,脂 肪 合 成 の 抑 制 も引 き起 こ す こ と も見 い だ され て お り,こ れ らの 効 果 が 相 まっ て い る もの と考 え られ る.   d.  末 梢 エ ネ ル ギ ー代 謝 にお け る 間 接 的 な 内分 泌 性 調 節   自律 神 経 とは 別 に,視 床 下 部 か らの 出力 は脳 下 垂 体 ホ ル モ ン に よ っ て,直 接 あ る い は下 位 の 内 分 泌 臓 器 を介 し て 間接 的 に 全 身 の臓 器 に伝 え られ る.け れ ど も, 視 床 下 部-下 垂 体-副 腎 皮 質 の よ う な 下 垂 体 ホ ル モ ンに よ る 系 とは 異 な り,副 腎

髄 質 や 膵臓 か らの ホ ル モ ン分 泌 は下 垂 体 ホ ル モ ンに よ る 支 配 は受 け な い.副 腎 髄 質 は 発 生 学 的 見 地 か らみ て も,進 化 過 程 上 で交 感 神 経 節 が 分 化 し た 組 織 で あ り, 自律 神経 機 能 の 一 部 で あ る.ま た 膵 臓 ラ 島細 胞 に は交 感 神 経,副 交 感 神 経 が 豊 富 に 支 配 して お りイ ンス リ ン,グ ル カ ゴ ンの ホ ル モ ン分 泌 調 節 に加 担 す る.   以 上 の よ う に視 床 下 部 か らの 自律 神 経 に よ る 出力 とホ ル モ ンに よ る 出力 は そ れ ぞ れ 個 別 に機 能 して い る の で は な く,互 い に ク ロ ス トー ク を行 い な が ら協 調 的 あ る い は拮 抗 的 に末 梢 の 標 的臓 器 を支 配 す る こ と に な る.

  7.4  中 枢 神 経 系 に よ る 運 動 時 の エ ネ ル ギ ー 代 謝 調 節 機 構   7.1節 で は,運 動 時 の エ ネ ル ギ ー 代 謝 調 節 にお け る 末 梢 組 織 内 の 機 構 に つ い て 述 べ た が,決 定 的 な 調 節 機構 は現 在 ま で提 示 され て い な い.一 方7.3節 で は 中 枢 神 経 系 に よ る安 静 時 の エ ネ ル ギ ー 代 謝 調 節 を中 心 に紹 介 した が,こ

れ らの 機 構 が

安 静 時 だ け で な く運 動 時 に も作 用 して い る こ と は十 分 に 想 定 で きる.し か しな が ら運 動 中 は 糖 質 と脂 肪 な どの 基 質 利 用 は ダ イナ ミ ック に 変 動 す る が,い ず れ の 機 構 も この エ ネ ル ギ ー 代 謝 調 節 を満 足 に説 明 し え な い.中 枢 に は まだ ほか に も さ ま ざ まな エ ネル ギ ー 代 謝 調 節 機 構 を有 して い る可 能 性 が 高 い.そ

の一つの可能性 を

以 下 に示 す.   a.  脳 内TGF-β   Yamazakiら growth

に よ る 運 動 中 の エ ネ ル ギ ー代 謝 調 節

は持 久 的 な 遊 泳 運 動 を課 した ラ ッ トの 脳 脊 髄 液 でtransforming

factor(TGF)-β

と呼 ば れ る サ イ トカ イ ンの 活 性 が 上 昇 す る こ と,一 方,

安 静 状 態 の ラ ッ ト脳 内 にTGF-β

を投 与 す る と,運 動 時 と同 様 に 脂 肪 酸 酸 化 の 増

加 が 引 き起 こ さ れ(呼 気 ガ ス 分 析),肝

臓 の 脂 肪 分 解 の指 標 で あ る血 中 ケ トン体

が 上 昇 す る こ と を 見 い だ し た4).伏 木 らの グ ル ー プ は こ の研 究 を 発 展 させ,抗 に よ り脳 内TGF-β

の 作 用 を 阻 害 す る と トレ ッ ド ミル 運 動 中 の 脂 肪 燃 焼 が 抑 制 さ

れ る こ と を見 い だ した5).ま た,脳

内TGF-β

の 作 用 に 関 し,肝 臓 と骨 格 筋,脂

肪 組 織 の そ れ ぞ れ の 代 謝 を血 中 成 分 か ら解 析 した.ラ 腿 静 脈 合 流 位 の 下 大 静 脈 血(下 る)お

体

ッ トの 右 心 房 血,左 右 の 大

肢 筋 と脂 肪 組 織 の 静 脈 血 を反 映 す る と考 え られ

よび 肝 静 脈 血 か ら同 時 に採 血 し,右 心 房 血 と下 大 静 脈 血 との 差 は骨 格 筋 と

脂 肪 組織 を合 わせ た 基 質 の 動 態 を示 し,肝 静 脈 血 との 差 は肝 臓 で の 基 質 の動 態 を 示 して い る と考 えた.結

果,TGF-β

脳 内 投 与 群 に お い て,脂

肪組 織か らの遊離

脂 肪 酸 の 動 員 お よ び肝 臓 か らの ケ ト ン体 放 出 が 増 加 す る傾 向が 投 与 直 後 か らみ ら れ た.下

肢 筋 に電 気 刺 激 を加 え た 条 件(運 動 モ デ ル)と 比 較 す る と,刺 激 開 始 後

10分 以 降 に見 られ る 脂 肪 組 織 か ら の 脂 肪 酸 の 動 員 お よ び肝 臓 で の β酸 化 亢 進 に よ る ケ ト ン体 放 出 の 増 加 と類 似 した 変 化 で あ っ た.一 方 でTGF-β

投 与 に よ り血

糖 や 血 中乳 酸 と い っ た糖 質 パ ラ メ ー タ に 大 き な 変 化 は 見 られ な か っ た.さ TGF-β

投 与 に よ り,肝 臓,骨

格 筋 の マ ロニ ルCoAが

以 上 の 結 果 よ り,脳 内TGF-β

らに

低 下 す る こ と も わ か っ た.

は持 久 運 動 の 際 に脂 肪 組 織 の 脂 肪 酸 放 出 を亢 進 さ

せ る と と もに,肝 臓 に働 きか け ケ トン体 生 成 を促 進 し,骨 格 筋 をは じめ と した 肝 外 組 織 にエ ネ ル ギ ー 基 質 と して ケ トン体 を提 供 して い る と予 想 され た(図7.13).   肝 臓 にお け る ケ トン体 生 成 の 亢 進 が どの よ うな 意 味 を もつ か,も

う少 し詳 し く

述 べ る.肝 臓 は生 体 で 最 も強 い β 酸 化 活 性 を も っ て お り,大 量 の脂 肪 酸 が 取 り 込 ま れ て 酸 化 され る.し か し肝 細 胞 の ミ トコ ン ドリ アで は脂 肪 酸 は 完 全 分 解 され ず ア セ ト酢 酸 と して 血 中 に放 出 され る.ア れ β-ヒ ドロ キ シ酪 酸 に な り,と (図7.14).ア

セ ト酢 酸,β-ヒ

セ ト酢 酸 は 一 部NADH2に

よ り還 元 さ

もに 血 液 に溶 け て末 梢 に 運 搬 さ れ て 燃 料 と な る

ドロ キ シ 酪 酸,ア

セ ト ン(ア セ ト酢 酸 が 自 然 に脱

炭 酸 して 生 じる)の 三 つ の 化 合 物 が,生 化 学 で は ケ トン体 と呼 ば れ る が,ア セ ト ンは 尿 と呼 気 に排 出 され る.結 局 肝 臓 に お け るケ トン体 生 成 の 生 理 的 意 味 は脂 肪

図7.13  脳 内TGF-β

に よ る エ ネ ルギ ー代 謝 調 節 の 予 想 モ デ ル

図7.14  肝 臓 にお け る ケ ト ン体 の 生 成 HMG-CQA:3-ヒ

ドロキ シ-3-メ チ ル グル タ リ ルCoA

組 織 に燃 料 と して 蓄 え られ て い た脂 肪 を水 に溶 け や す く,非 常 に 燃 えや す い 形 に 転 化 して 末 梢 組 織 に 燃 料 と して 供 給 す る こ と で あ る と考 え られ る.運 動 中,生 体 の エ ネ ル ギ ー代 謝 調 節 の 中心 で あ る肝 臓 自身 は運 動 を直 接 認 識 す る こ とが で きな い.し

か し生 体 と して は肝 臓 の エ ネ ル ギ ー 代 謝 調 節 を運 動 継 続 に 適 し た状 態 に 調

節 す る 必 要 が あ る は ず で あ る.こ の 作 用 は 既 知 の ホ ル モ ンで は該 当 し な い こ とか ら,骨 格 筋(運 ワ ー ク にTGF-β

動 の 開 始)→ 脳 → 肝 臓(肝

  TGF-β

外 組 織 ヘ ケ トン体 提 供)を

結ぶネット

が介 在 して い る と考 え られ る.

は 脂 肪 代 謝 の み に作 用 を 与 え る こ とが 示 唆 され る が,現 在 ま で ホ ル モ

ンや 脳 内 の神 経 伝 達 物 質 の 中 で,脂

肪 代 謝 の み に影 響 を与 え る物 質 が ほ と ん ど報

告 さ れ て い な い 点 に は注 意 を 払 う必 要 が あ る.数 少 な い例 と してGunionら コ ル チ コ トロ ピ ン放 出 因 子(corticotropin-releasing

factor, CRF)を

は,

視 床下部腹

内側 核 に投 与 した 際,血 糖 に 影 響 を与 えず 血 中 遊 離 脂 肪 酸 濃 度 の み が 上 昇 す る こ と を報 告 した6).Bombesinと

呼 ば れ る ペ プ チ ドを 視 床 下 部 腹 内 側 核 に投 与 した

場 合 も 同様 の 変 化 を報 告 し て い る7).し か し どの よ う に脂 肪 代 謝 の み に作 用 を及 ぼ して い る の か は,既 知 の 生 理 機 構 か ら は推 定 しが た く,今 後 の 検 討 課題 で あ る.   b.  運 動 と視 床 下部 機 能   視 床 下 部 は こ れ まで 述 べ て き た よ うな 自律 神 経,内

分 泌 の 高 次 中枢 で あ る だ け

で な く,摂 食,飲

眠 と覚 醒 の 高 次 中枢 で も あ

水,成 長,体

温 調 節,情

動 行 動,睡

り さ ま ざ ま な 機 能 を 有 し ホ メ オ ス タ シ ス を 維 持 し て い る.ま ど か ら も求 心 性 信 号 が 視 床 下 部 に送 られ て き てお る.生

た,活

動 筋 や臓 器 な

りホ メ オ ス タ シ ス に 貢 献 し て い

体 に と っ て 運 動 は ホ メ オ ス タ シ ス を 乱 す 外 的 因 子 で あ り,ス

惹 起 し て い る と 考 え ら れ る.運

動 時 に 増 大 す るエ ネ ル ギ ー代 謝 や 循 環 応 答 を促 進

す る ス ト レ ス 反 応 の 調 節 や 適 応 に,視 き る が,ま

床 下 部 は 重 要 な 役 割 を担 っ て い る と推 察 で

だ ま だ 不 明 な 点 が 多 く 残 さ れ て い る.運

研 究 は 少 な い が,い

動 と視 床 下 部 につ い て 調 べ た

く つ か の 報 告 を 紹 介 す る.Nishizawaら

壊 に よ り 運 動 時 の 血 中 遊 離 脂 肪 酸,グ し て い る8).ま

た,Scheurinkら

トレス 反 応 を

は 視 床 下 部VMH破

リセ ロー ル の 放 出 が 抑 制 され る こ と を報 告

は視 床 下 部 の

り 運 動 時 の 血 糖 上 昇 が 抑 制 さ れ る こ と,視

α-ア

ド レ ナ リ ン受 容 体 の 阻 害 に よ

床 下 部VMH,LHAの

β ア ドレナ リ ン

受 容 体 の 阻 害 に よ り運 動 時 の 血 糖 上 昇 お よ び 血 中 遊 離 脂 肪 酸 濃 度 上 昇 が 抑 制 さ れ る こ と を 見 い だ し て い る9).こ

れ ら の 知 見 は,視

床 下 部(特

に 交 感 神 経 系)が

運

動 時 の エ ネ ル ギ ー 代 謝 調 節 へ 関 与 す る こ と を 示 し て い る. 引 用

文 献

1)  谷 口 正 子,大 野 秀 樹,谷 口 直 之 監 訳(1999)ス エ ン ス ・イ ン ター ナ シ ョナ ル 2)  Felig P

(1983)Effects

ポー ツ と トレー ニ ン グ の 生 化 学,メ

デ ィ カ ル ・サ イ

of exercise and physical training on fuel utilization,insulin sensitivity,and

insulin secretion. In:Frontiers of Exercise Biology 3)  斉 藤 昌 之,鳥 居 邦 夫,青 山 頼 孝 責 任 編 集(2003)脳 と栄 養,建 帛社 4)  Yamazaki H, Arai M, Matsumura S, Inoue K, Fushiki T(2002)Intracranial forming growth

factor-beta3 increases fat oxidation in rats.Am

administration of trans

J Physiol Endocrinol Metab,283,

E536-

E544 5)  Ishikawa T, Mizunoya W, Shibakusa T, Inoue K and Fushiki T(2006)Transforming growth factor-β in the brain regulates fat metabolism during endurance exercise. Am J Physiol Endocrinol Metab, in press 6)  Gunion

MW,

Rosenthal MJ, Tache

Y, Miller S, Butler B and Zib B(1988)Intrahypothalamic

microin

fusion of corticotropin-releasing factor elevates blood glucose and free fatty acids in rats.J Auton

Nerv

Syst,24,87-95. 7)  Gunion

MW,

Tache

Y, Rosenthal

into the rat hypothamic

MJ, Miller S, Butler B and Zib B(1989)Bombesin

microinfusion

paraventricular nucleus increases blood glucose, free fattyacids and corticos

terone. Brain Res,478,47-58. 8)  Nishizawa

Y and Bray

GA(1978)Ventromedial

hypothalamic

lesions and the mobilization of fatty

acids.J Clin Ⅰnvest,61,714-721. 9)  Scheurink

AJ, Steffens AB

and Benthem

L(1988)Central

cose, free fattyacids, and insulin in exercising rats.Am

参 考 勝田

茂 編 書(2000)運

動 生 理 学20講.第2版,朝

and peripheral adrenoceptors

J Physiol,255,R547-556.

文 献 倉書店

affect glu

島 津 孝(1999)脳 田 川 邦 夫(2003),か

の 中 の視 床 下 部,ブ レー ン出 版 らだ の生 化 学,タ カ ラ バ イ オ

田 川 邦 夫(2003),か

らだ の働 き か らみ る代 謝 の 栄養 学,タ

中 野 昭 一 編 集(1999)ス

ポ ー ツ医 科 学,杏

宮 村 実 晴 編 集(2001)新

運 動 生 理 学,真

林書院

興交易医書出版部

カ ラバ イ オ

8.運

動 と 食 品

  8.1  自律 神 経 と は   生 体 の 基 本 的 な 機 能 で あ る,循 環,呼

吸,体 温 維 持,消

な ど を 自律 機 能 と呼 ぶ.自 律 神 経 は,平 滑 筋,心 筋,腺

化,代 謝,排

節 し,生 体 の恒 常 性(ホ

泄,生

殖

を支 配 して 自律 機 能 を調

メ オ ス タ シ ス)維 持 に重 要 な役 割 を果 た して い る.自 律

神 経 系 は交 感 神 経 系 お よ び副 交 感 神 経 系 か ら構 成 され て い る.交 感 神 経 は胸 腰 髄 の 側柱 よ り起 始 す る ネ ッ トワー ク を形 成 し,一 方,副

交 感 神 経 は脳 幹 お よ び 仙 髄

側 柱 か ら は じ まる ネ ッ トワー ク を形 づ くって い る.こ れ らの 自律 神 経 末 梢 路 に対 す る 上 位 中 枢 は延 髄 お よ び 視 床 下 部 で あ り,生 体 外 部 お よ び 内 部 環境 の情 報 は, 自律 神 経 の 中枢 レベ ル で統 合 され た の ち 自律 神 経 遠心 路 を介 して各 器 官 に伝 え ら れ る.   生 体 にお け る 自律 機能 は通 常,高 位 中 枢(視 床 下部,大 ど)の 統 合 的 な 制 御 下 で,自 律 神 経 系,内

脳 皮 質,大 脳 辺 縁 系 な

分 泌 系,体 性 神 経 系 の協 調 的 な作 用 に

よ っ て調 節 さ れ て い る.以 上 の 神 経-内 分 泌 系 は,免 疫 系 と も密 接 な 関 連 を 有 し て い る.   心 臓,胃

腸,肺

な ど多 くの 内 臓 器 官 は交 感 神 経 と副 交 感 神 経 の 二 重 支 配 を受 け

て い る.一 般 に 同 一 器 官 に対 す る 交 感 ・副 交 感 神 経 の 作 用 は相 反 的 で あ り,こ れ を拮 抗 支 配 と呼 ぶ.た

とえ ば 腸 管 の 運 動 や 消 化 液 の 分 泌 は,交 感神 経 に よ っ て抑

制 され,副 交 感 神 経 に よ っ て促 進 さ れ る.た だ し,器 官 に よ っ て は 必 ず し も拮 抗 的 で な い もの もあ る.た 泌 を促 進 す る.つ

とえ ば,唾

液 腺 に対 す る 交 感,副 交 感 系 は と もに 唾 液 分

ま り,両 神 経 系 は 必 ず し も拮 抗 的 で は ない こ と もあ るが,相

伴

っ て合 目的 活 動 を 遂 行 して い る と考 え られ る1).   a.  自律 神 経 と循 環 調 節   自律 神 経 に よる 循 環 調 節 は 心 臓 と脈 官 系 調 節 に 分 け られ,心 臓 は 心 拍 出 量(毎

分 当 た りの 総 血 液 排 出量)を,脈

官系 は血 管 径 ま た は 抵 抗 を調 節 す る.心 臓 は 交

感,副 交 感 神 経 で 調 節 され るが,脈

官 系 調 節 は交 感 神 経 が 中心 で,ほ

とん どす べ

て の 血 管 径 の調 節 に携 わ っ て い る.   一 方,安 静 時 の 筋 支 配 交 感 神 経 活 動 の 最 も重 要 な働 き は血 圧 調 節 で あ る.筋 交 感 神 経 活 動 は動 脈 圧 受 容 器 か ら強 力 な 抑 制 入 力 を受 け,血 圧 が 低 下 す る と活 動 が 活 発 に な り,血 圧 が 上 昇 す る と抑 制 して 血 管 径 を調 節 して 安 静 時 の 血 圧 を一 定 に 保 つ よ う に働 く.こ の調 節 機 能 は運 動 時 で も効 果 的 に作 動 す る.心 臓 で は心 拍 数 が 約100拍/分

前 後 に な る ま で は 心 臓 副 交 感 神 経 活 動 の退 縮(減

衰)が,そ

の 後,

最 大 運 動 時 まで は 心 臓 交 感 神 経 活 動 の亢 進 に よ り心 拍 数 が 増 加 す る.   安 静 時 の 腎 臓 に は,腎 組 織 の 生 存 に 必 要 な血 流 量 以 上 に多 量 の 血 液 が 流 れ,心 拍 出量 の 約20%に

も及 ぶ2).

  b.  心 臓 自律 神 経   心 臓 に 分 布 す る 自律 神 経 は,心 臓 交 感 神 経 と心 臓 副 交 感 神 経(迷

走神経の心臓

枝)と

臓 副交感神経

呼 ば れ る,相 反 した 影響 を与 え る神 経 か らな る(図8.1).心

を電 気 刺 激 す る と洞 房 結 節 に あ るペ ー ス メ ー カ ー細 胞 の興 奮 周 期 や 洞 室 伝 導 時 間 の 遅 延 を 引 き起 こ し心 拍 数 は 低 下 す る が,心

室 収 縮 力 に は あ ま り影 響 を 与 え な

図8.1  心臓 自律神経 の作用分布

い.一 方,心

臓 交 感 神 経 刺 激 は ペ ー ス メ ー カー 細 胞 の興 奮 周 期 の 短 縮,房

を介 す る房 室 伝 導 時 間 の 短 縮   従 来,ヒ

お よび 心 室 収 縮 力 を増 加 させ る.

トの 心 臓 交 感 神 経 活 動 は 心 電 図R-R間

ル ア ド レナ リ ンの ス ピル オ ー バ(spillover)や さ れ て きた.ま

室結節

隔 変 動 の0.1Hz成

分,心 臓 ノ

筋 交 感 神 経 活 動 か ら間 接 的 に推 測

た,心 臓 副 交 感 神 経 活 動 は 呼 吸 性 不 整 脈 の 大 き さ やR-R間

動 の 呼 吸 成 分 か ら推 測 され て き たが,い

隔変

ず れ の方 法 も適 応 限 界 や 問 題 点 を含 む.

  8.2  自律 神 経 活 動 測 定 法   a.  心 拍 変 動 パ ワ ー ス ペ ク トル 解 析   1)  心 臓 は超 働 き者

  人 の心 臓 は肺 か ら取 り入 れ た 酸 素 と血 液 にあ る栄 養 を

60兆 個 以 上 もあ る と い わ れ る体 の 細 胞 の 隅 々 に運 ん で い る.こ の た め に心 臓 は1 日 に約10万

回 近 く も収 縮 し,雨 の 日 も風 の 日 も,1日

き続 け て い る の で あ る.安 静 時 の心 拍 数 が70拍/分 10万 回 を超 え る.心 臓 が1回 脈 打 つ と約70ccの 出 さ れ る.つ l,24時

ま り,心 臓 は1分

間 で は7200l,実

に1ト

間 に約5lの

た り と も休 む こ とな く働

とす る と,1日

の総 心 拍 数 は

血 液 が心 臓 ポ ン プ か ら動 脈 に排

血 液 を排 出 して お り,1時

ン ト ラ ッ ク7台

間 で300

分 の 重 量 物 を 運 ぶ こ と に な る.

前 述 した よ う に,こ の 心臓 ポ ン プの リズ ム(心 拍 変 動)を 調 整 し て い る の が 自律 神 経 で あ る.心 臓 の 拍 動 の リズ ム,す

な わ ち心 臓 洞 房 結 節 の リ ズ ム の解 析 に よ る

神 経 性 循 環 調 節 機 能 の分 析 は,冠 動 脈 疾 患,心 不 全,不 整 脈,高

図8.2  自律 神 経 活 動 を心 電 図 で評 価 す る 健 康 な 人 の 心 拍 数 に は,"ゆ ら ぎ"が あ る.病 気 の 人 は"ゆ ら ぎ"が 少 な い.

血 圧 症 な どの 心

血 管 系 疾 患 の 病 態 に対 す る 新 しい ア プ ロー チ と して 現 在,注

目 を集 め て い る.特

に 心 臓 副 交 感 神 経 機 能 の 非 浸 襲 的 評 価 が 可 能 な 心 拍 変 動 スペ ク トル解 析 に よ り, 副 交 感 神 経 機 能 低 下 が 冠 動 脈 性 心 疾 患 や 突 然 死 の重 要 な 危 険 因子 で あ る こ とが 明 らか に な っ て い る3,4).   2)  脈 拍 リズ ム に よ る 自律 神 経 評 価  ⅰ) 心 拍 変 動 パ ワ ー スペ ク トル 解 析

  心 拍 変 動 に よ る 自律 神 経 機 能 評 価 の原

理 は,交 感 神 経 お よ び副 交 感 神 経 機 能 が そ れ ぞ れ特 定 の 周 波 数 帯 域 の 心 拍 変 動 に 反 映 さ れ る こ と に基 づ い て い る.心 拍 変 動(心 ス ペ ク トル に は低 周 波 帯(0.03∼0.15Hz)と が 見 られ,そ   HF成

れ ぞ れLF成

分,HF成

電 図R-R間

隔)の 周 波 数 パ ワ ー

高 周 波 帯(0.15∼0.4

分 と呼 ば れ て い る(図8.3参

Hz)に

ピーク

照).

分 は 呼 吸 に よ っ て 生 じ る心 拍 の ゆ ら ぎ で 心 臓 副 交 感 神 経 よ っ て 媒 介 さ

れ,そ の 振 幅 値 は 心 臓 副 交 感神 経 活 動 を 反 映 す る こ とが 動 物 実 験 で の 神 経 節 切 除 の 実 験 結 果 か ら明 らか に な っ て い る.一 方,LF成 動 の 両 者 が 反 映 され るが,Akselrod

et al.(1981)や

分 は交 感 神 経 と副 交 感 神 経 活 森 谷 ら(1997)は,血

圧調

節 が この ス ペ ク トル 帯 域 で 行 わ れ て い る可 能 性 を示 唆 して い る5,6).   筆 者 らは,交 (心拍 変 動)の

感 神 経 ・副 交 感 神 経 の 両 神 経 支 配 を 受 け て い る 洞 結 節 の リズ ム ス ペ ク トル解 析 に よ り,交 感 ・副 交 感 神 経 活 動 の 弁 別 定 量 化 が 可

能 で あ る か ど うか につ い て,健 常 者 に薬 理 ブ ロ ッ ク を用 い 検 証 した7).安 静 時 で

図8.3  心 拍 変 動 パ ワー ス ペ ク トル解 析

は 副 交 感 神 経 活 動 を 反 映 して い る 高 周 波 成 分(HF)が (0.25Hz,15回/分)ス

ペ ク トル に 現 れ る が,副

atropine静 注 後(0.04mg/kg)で

呼 吸 と ほ ぼ 同 期 して 交 感神 経 の 遮 断 剤 で あ る

は,心 拍 数 が 安 静 時 心 拍 数 よ り30∼40拍

近く

も上 昇 し,高 周 波 成 分 が ほ ぼ完 全 に 消 滅 した.交 感 ・副 交 感神 経 活 動 を反 映 す る 低 周 波 成 分(LF)も

か な り減 少 す る こ と が 明 らか に な っ た. Atropineと

経 遮 断 剤(propranolol

0.2mg/kg)の

交 感神

両 神 経 薬 理 ブ ロ ッ ク で は,心 拍 変 動 は ほ ぼ

完 全 に消 滅 し,安 静 横 臥 か ら直 立 姿 勢 に変 化 して も ほ とん どス ペ ク トル は変 化 を 示 さ な か っ た.こ

の 時 点 で は心 拍 変 動 係 数(CV)は

安 静 コ ン トロ ー ル 時 と比 較

して 劇 的 に低 下 して お り,糖 尿 病 性 自律 神 経 障害 の 顕 著 な 患 者 に酷 似 した ス ペ ク トル を呈 す る.   現 在,LFお るVLF成

よ びHF成

分 に 加 え,交 感 神 経 系 体 温 ・熱 産 生 調 節 機 構 に 関 与 す

分(0.007∼0.035Hz)を

特 定 す る こ とが 可 能 な,よ

り精 度 の 高 い 手 法

を 開 発 し,各 種 の 肥 満 関 連 遺 伝 子 多 型 と 自律 神 経 活 動 動 態 の 関 連 や,運

動の抗圧

効 果,肥 満 発 症 メ カ ニ ズ ム な どの解 明 に応 用 して い る7∼11).   図8.4は 安 静 時 心 電 図 を4分 間連 続 図 記 録 した ス ポ ー ツ選 手 と 自律 神 経 障 害 の

図8.4  心 拍 変 動 パ ワー ス ペ ク トル

あ る糖 尿 病 患 者 の 心 拍 変 動 ス ペ ク トル の 典 型 例 で あ る.図 の 上 段 は4分 間 の 心 拍 の 加 速,減

速 の 大 き さ(心 電 図R-R間

隔)を

表 す も の で あ る.こ

の患 者 は 特 に

心 臓 の 電 気 的 安 定 性 を 維 持 す る副 交 感 神 経 の 顕 著 な低 下 が 認 め られ,自 宅 で 心 臓 突 然 死 で 亡 くな られ て い る.   筆 者 らは心 拍 変 動 パ ワ ー スペ ク トル 解 析 の 臨 床 応 用 を 目指 す た め,同 年 齢 の健 常 者,3群 害,(3)起

の 糖 尿 病 患 者((1)神

経 障 害 の な い 初 期2型

糖 尿 病,(2)末

立 性 低 血 圧 を 訴 え る重 度 な 自律 神 経 障 害),虚

梢 神経 障

血 性 心 疾 患 患 者 を対 象

に 心 臓 自律 神 経 活 動 動 態 と心 筋 脱 分 極 ・再 分 極 時 間(recovery

time, RT),お

び 心 臓 突 然 死 の 致 死 性 不 整 脈 の 発 現 リス ク の 一 つ で あ る心 電 図Q-T間

よ

隔時 間の

詳 細 な検 討 を行 っ た6,12∼16).   そ の 結 果,糖

尿 病 性 自律 神 経 障 害 の 重 症 度 に伴 い 総 自律 神 経 活 動 を 反 映 す る ト

ー タル パ ワ ー の 有 意 な減 衰 ,心 筋 脱 分 極 ・再 分 極 時 間 お よびQ-T間 延 が 認 め ら れ た.核

医 学 で用 い られ るMIBG心

隔時 間の遅

筋 シ ンチ グ ラ フ ィ ー で 冠 動 脈 狭

窄 や 血 液 拡 散 能 の 著 減 が 認 め られ る 虚 血 性 心 疾 患 患 者 で は,健 常 者 の 完 全 薬 理 ブ ロ ッ ク に酷 似 した心 拍 変 動 ス ペ ク トル を呈 す る こ と も 明 らか と な っ た16).最 近 で は女 性 の 更 年 期 障 害 や 月 経 前 症 候 群 の 発 現 に 関 す る 自律 神 経 活 動 動 態 と不 定 愁 訴 の解 明 に も この 心 拍 変 動 ス ペ ク トル 解 析 が 用 い られ て い る17∼19).  ⅱ)  トー ン ・エ ン トロ ピー 解 析

  心 臓 自律 神 経 活 動 を 評 価 す る方 法 は前 述

した 心 拍 変 動 パ ワー ス ペ ク トル 解 析 が よ く用 い られ るが,よ 列 解 析 法 もあ る.こ

り簡便 な心 拍 の 時系

こ で は 最 近 特 に注 目 を浴 び て きた トー ン ・エ ン トロ ピ ー解 析

につ い て 述 べ る.筆 者 らが 開 発 した この 方 法 論 に 関 す る詳 細 は 既 報 に譲 り,こ こ で は概 略 を述 べ る20∼23).   筆 者 らが 着 目 した の は,心 拍 数 の 制 御 は加 速(acceleration),減 tion)の

速(decelera

二 つ の 基 本 的 な コ ン トロ ー ル に 依 っ て い る とい う絶 対 的 な 事 実 で あ る.

心 拍 数 を心 周 期 で 表 す と,心 拍 数 が増 加 す る と き心 周 期 は短 くな り,逆 に 心 拍 数 が 減 少 す る と き に心 周 期 は 遅 延 す る.そ

こで 連 続 す る 心 周 期 の 差 を計 算 す る と,

心 拍 数 増 加 時 に は差 は 正 の 値 とな り,心 拍 数 減 少 時 に は 差 は負 の 値 に な る.し か しな が ら,心 周 期 は 心 拍 数 に よ り大 き く影 響 を受 け る.た 分 で は,そ の 周 期 は1000ミ

リ秒,心 拍 数120拍/分

とえ ば心 拍 数 が60拍/

で は500ミ

り,連 続 す る2拍 の 心 周 期 の 差 を絶 対 値 で 用 い た場 合,異

リ秒 に な る.つ

ま

な る 心 拍 数 を有 す る対

象(鍛

錬 者 ・非 鍛 錬 者,健 常 者 ・患 者,ヒ

トと実 験 動 物 な ど)に 対 して,過 小 あ

る い は過 大 評 価 を強 い る こ とに な る.実 際,動

物 実 験 で は異 な る 心 拍 数 の 比 較 に

は 百 分 率 が使 用 さ れ て い る24).そ こで,筆 者 ら は こ の差 を 心 周 期 に 対 す る 百 分 率 (percentage index,PI)で

表 現 し,次 の通 り評 価 を行 っ た20).

  一 定 の 時 間,心 電 図 を連 続 記 録 す る と心 周 期 デ ー タ は時 系 列,H(n)の られ る.百 分 率 指 数PI(n)は

次 式 で求 め られ る.

  PI(n)=[H(n)−H(n+1)]・100/H(n)  こ こでnは

心 拍 の シ リ ア ル 番 号,Nは

す れ ばPI>0,減

形 で得

速 す れ ばPI<0で

1〓n〓N−1

最 大 番 号 で あ る.こ の 式 か ら心 拍 が 加 速

表 現 さ れ る.卜 ー ン(tone)は

百分率 指数 時

系 列 の算 術 平 均 と して計 算 さ れ る.

つ ま り,ト

ー ン は 心 拍 の 加 速-減

  次 に エ ン トロ ピ ー(entropy)で し た も の で あ る25).ま が 整 数 値iを

速 の 相 対 的 強 度 を示 す . あ る が,こ

ずPI(n)か

も つ{i〓PI(n)
 

れ は シ ャ ノ ンの 情 報 理 論 か ら導 入

ら確 率 分 布 を 計 算 す る.す 数 と し,確 た だ し

こ の 確 率 分 布 に 対 し,エ

単 位 は ビ ッ ト(bit)で

率p(i)を

な わ ち,fiをPI(n) 計算 する.

 

ン トロ ピ ー は 次 式 で 計 算 さ れ る .

あ り,心 臓 自 律 神 経 活 動 に よ りも た ら さ れ た 心 拍 加 速 ・

減 速 の 強 度(情 報 量)と

して 捉 え る こ とが で きる.こ

こで,も

しあ る一 定 期 間の

心 拍 加 速 ・減 速 が と も に 一 定 率 だ け で 制 御 さ れ た と した ら,そ の加 速 ・減 速 の 確 率 は50%,つ は この,エ

ま り0.5と な り,エ ン トロ ピ ー は1ビ ン トロ ピ ー は4ビ

ッ ト近 くに な り,24,つ

ッ トと な る.健 康 な大 学 生 で ま り16種 類 の 加 速 ・減 速

の 調 節 を行 な う情 報 量 を心 臓 は 受 け 取 っ て い る こ と に な る.   具 体 的 に トー ン ・エ ン ト ロ ピ ー 解 析 の 説 明 と妥 当 性 を検 討 して み る こ と に す る.図8.520)は,安

静 時 コ ン トロ ー ル お よ び 交 感 ・副 交感 神 経 の 薬 理 ブ ロ ッ ク に

お け る心 拍 変 動 を表 した もの で あ る.こ リ秒)時

系 列,下

の 図 で は 上 段 に は心 周 期(R-R間

段 に は 連 続 す る心 周 期 の差(心 拍 の 加 速 ・減 速 時 間(ミ

を 絶 対 値 で示 して あ る.仮

隔 ,ミ リ秒))

に毎 分 ご との 心 拍 数 が 一 定 であ れ ば,心 拍 加 速 ・減 速

の 総 和 は 当然 ゼ ロ に な る.し か し,百 分 率 指 数 で 表 す とゼ ロ に は な ら な い.具 体

図8.5  安 静 時,交 化(上

感 神 経 お よ び 交 感 ・副 交 感 神 経 薬 理 ブ ロ ッ ク時 のR-R間

段)と

毎 拍 ご とのR-R間

隔の時系列変

隔 の加 速 ・減 速 の 時 間差20)

的 に 示 して み よ う.   心 拍 数 が60,75,80拍/分 心 周 期(R-R間

隔)時

と加 速 し,そ

の 後 に75,60拍/分

系 列 は1000,800,750,800,1000ミ

に 減 速 し た 場 合, リ 秒 に な り,そ

対 的 差 の 総 和 は(1000−800)+(800−750)+(750−800)+(800−1000)は ロ に な る.こ  

こ で 百 分 率 指 数(PI)を

の絶 当然 ゼ

計算す る と

(1000−800)/1000+(800−750)/800+(750−800)/750+(800−1000)/800

し た が っ てPIの

総 和 は.20+0.0625+(−0.0666)+(−0.25)と

が 負 の 値(−0.054)に の ほ う が,心

な る.つ

ま り,呼

な りわ ず か で あ る

吸 性 不 整 脈 に よ り心 拍 が 加 速 す る場 合

拍 が 減 速 し て い く 場 合 よ り も 分 母 が 大 き い.そ

れ ゆ え に,1分

間の

心 拍 数 が 一 定 で あ っ て も,瞬

時,瞬

ばPIは

総 和 を計 測 時 間 内 の 心 拍 変 動 回 数 で 除 して 求 め られ

変 化 す る.こ

のPIの

時 の 心 拍 加 速 ・減 速 の 相 対 的 占 有 率 が 異 な れ

る トー ン は 心 拍 加 速 ・減 速 の 平 均 的 バ ラ ン ス を 表 す 指 標 と し て 捉 え る こ と が で き る20,22).   こ こ で 図8.5を

再 度 見 て み る と安 静 時 の 心 拍 の 揺 ら ぎ は 交 感 神 経 の 薬 理 ブ ロ ッ

ク で 大 き く な り,引

き続 く副 交 感 神 経 の 薬 理 ブ ロ ッ ク で は ほ ぼ 完 全 に 消 滅 し て い

図8.6  安 静 時 のR-R間

隔 と百 分 率 指 数(上

段)お

図8.7  交 感 神 経 の薬 理 ブ ロ ッ ク時 のR-R間 確 率度数分布

よ び そ の 確 率 度 数 分 布(下

隔 と百 分 率 指 数(上

段)と

段)

その

る.図8.6は

安 静 時 コ ン トロ ー ル,図8.7は

ク時 の心 拍 変 動(上

段:心

周 期R-R間

同一 被 験 者 の 交 感 神 経 の 薬 理 ブ ロ ッ

隔),百

分 率 指 数(中 段:PI)お

よ び百 分

率 指 数 の 時 系 列 デ ー タ か ら求 め た 心 拍 加 速 ・減 速 の 確 立 度 数 分 布(下

段)を

す.つ

に心 拍 が

2%加

ま り,心 拍 が1%加 速 した 確 率,ま

速 し た 確 率,ま

た は2%減

た は1%減

速 した 確 率,次

示

速 し た確 率 … とい う よ う に順 次 計 算 し,そ の確

率 分 布 か ら心 拍 加 速 ・減 速 の 心 臓 自律 神 経 調 節 の た め の情 報 量 と して の エ ン トロ ピ ー を 求 め る こ とが で き る.こ

こで 特 記 す べ き点 は,心 拍 変 動 は必 ず し も平 均 心

拍 数 を 中 心 に正 規 分 布 し な い こ とで あ る.糖 尿 病 な どの 臨 床 検 査 で 一 般 的 に用 い ら れ て い るCVrr(心

拍 変 動 係 数)は

心 拍 変 動(R-R間

隔)の

標 準 偏 差 を平 均 値

で 除 して 求 め る が,こ れ は あ く まで も心 拍 変 動 が ガ ウ ス 分 布 を示 す 条 件 下 の み で あ り,理 論 的 に は不 適切 で あ る か も しれ な い.そ

れ ゆ え に,心 拍 加 速 ・減 速 を独

立 した確 率 分 布 と して捉 え る トー ン ・エ ン トロ ピ ー は ガ ウス 分 布 を 必 要 と しな い の で,よ

り適 切 な解 析 法 と い え る か も しれ な い.

  図8.822)は 健 常 者8名

の薬 理 ブ ロ ッ ク実 験 に よ り求 め られ た トー ン とエ ン トロ

ピ ー を 二 次 元 の座 標 空 間 で 示 した もの で あ る.図 中 の 長 方 形 は平 均 値 ±標 準 誤 差 を 表 す.安 (P)(図8.7参

静 時(C)で 照)に

は,ト よ り,さ

り,交 感 神 経 が 遮 断 され,副

ー ン は 負 の 値 で あ り,交 感 神 経 の 薬 理 ブ ロ ッ ク ら に大 き く負 側 に移 行 して い る の が わ か る.つ

交 感 神 経 活 動 が 相 対 的 に 亢 進 した状 態 で は,低

図8.8  安 静 時,交 感 神 経 ブ ロ ッ クお よび 交 感 ・副 交 感 両神 経 ブ ロ ック 時 に お け る トー ン ・エ ン トロ ピ ー の 変 化22) 長 方形 は標 準 誤 差 を示 す.

ま く安

定 し た心 拍 数 を維 持 し なが ら心 拍 減 速 が 優 勢 で あ る こ と を示 して い る.換 言 す れ ば,ト

ー ンは 交 感 ・副 交 感 神 経 活 動 の バ ラ ンス を反 映 して お り,相 対 的 に 副 交 感

神 経 活 動 が 亢 進 す れ ば,よ の 薬 理 ブ ロ ッ ク(P+A)で

り大 きな負 の 値 に な る.そ

の後 の 交 感 ・副 交 感 両 神 経

は,心 拍 加 速 ・減 速 は消 滅 して トー ン は ほ ぼ ゼ ロ に

な る.   一 方,エ

ン トロ ピ ー は 交 感 神 経 遮 断(P)に

よ り増 大 す る が,こ

経 の 顕 著 な 亢 進 に よ り惹 起 され る と考 え られ る.交 (P+A)で

は,エ

ン トロ ピー は 約4か

  こ れ らの 結 果 か ら,ト

ー ン,す

感 ・副 交 感 の 両 神 経 遮 断

ら1.5ビ ッ ト近 くに まで 著 減 す る.

な わ ち心 拍 加 速 ・減 速 の 相 対 的 強 度 は心 臓 交

感 ・副 交 感 神 経 活 動 の バ ラ ンス を 表 し,エ 量,す

れは副交感神

ン トロ ピ ー は心 拍 加 速 ・減 速 の 情 報

な わ ち,総 心 臓 自律 神 経 活 動 の 活 動 量 を 反 映 す る こ とが 示 唆 され る.以 上

の 結 果 は,各 種 の生 理 学 的 条 件 下(薬 理 ブ ロ ッ ク,運 動 負 荷 試 験,姿 勢 制 御,糖 尿 病 性 自律 神 経 障害)で

の 実 験 で も支 持 さ れ て い る20∼23,26).

  ち な み に心 拍 変 動 パ ワー ス ペ ク トル 解 析 は ヒ トの 心 拍 数 よ り も数 十 倍 も多 い ラ ッ トや モ ル モ ッ トで も可 能 で あ る が27),同 一 ス ケ ー ル で比 較 検 討 す る こ とは む ず か しい.ま

た,後 述 す る が,運 動 中 の 心拍 変 動 パ ワー スペ ク トル は副 交 感 神 経 の

減 衰 に よ り,心 拍 変 動 が 極 度 に 小 さ くな り,SN比(signal-to-noise

ratio)の 悪

化 に よ り正 確 な心 臓 自律 神 経 活 動 の 評 価 が き わ め て 困 難 に な る.ト ー ン ・エ ン ト ロ ピ ー解 析 で は心 拍 数 の 個 人 差,動 物 との 個 体 差 や刻 々 と変 わ る運 動 中 の変 化 で も,心 拍 変 動 を百 分 率 で正 規化 す るた め,問 題 な く解 析 が 可 能 で あ る(未 発 表 デ ー タ) .今 後,ヒ

ト自律 神 経 活 動 の絶 対 評 価 や 実 験 動 物 と の比 較 検 討 が で き るユ

ニバ ー サ ル な ス ケ ー ル に な り うる 可 能 性 が 示 唆 され る .   図8.922)は,ま さ に こ の 可 能 性 を 支 持 す るデ ー タ で,健 常 男 性(N=142,30 ∼69歳)に お け る加 齢 と 自律 神 経 活 動 の 関連 を 明 らか に す る た め に ,ト ー ン ・ エ ン トロ ピ ー値 を二 次 元 座 標 空 間 に プ ロ ッ トした も の で あ る.比 較 検 討 す るた め に,前 述 の 薬 理 ブ ロ ック の デ ー タ も同 一 座 標 空 間 に示 して い る.142名 デ ー タ は小 さ い黒 ド ッ トで,ま

た30,40,50,60歳

の個 人 の

台 の平 均 値 も標 準 誤 差 と と

も に長 方 形 で 表 して い る.興 味 深 い こ と に,す べ て の 被 験 者 の トー ン ・エ ン トロ ピー 値 は,健 常 者 の 薬 理 ブ ロ ック に お け る軌 跡 を た ど り,加 齢 と共 に交 感 ・副 交 感 両 神 経 の 薬 理 ブ ロ ック(P+A)に

近 づ くのが 確 認 で きる22).

図8.9  加 齢 に よ る 自律 神 経 活 動 の 低 下 は薬 理 ブ ロ ック の デ ー タ と同 じ軌 跡 を た ど る22)

  8.3  肥 満 ・糖 尿 病 と 自律 神 経   脂 肪 に 対 す る イ メ ー ジ か らか 脂 肪 細 胞 は 不 活 発 な"末 梢 の奴 隷"と の 見 方 が 一 般 的 で あ っ た.し して,自

か し,"脂 肪 細 胞 は 生 体 全 体 の エ ネ ル ギ ー 備 蓄 バ ラ ンス の要 と

ら の 指 令 を 中 枢 に発 信 し,き わ め て 活 発 に 生 命 活 動 に 関 与 して い る こ

と"が わ か りは じめ て きた.人 間 の 脂 肪 細 胞 は,太 質 を 出 して,"太

って くる と レプ チ ン と い う物

りす ぎて い ます よ"と 肥 満 遺 伝 子 が 発 現 す る よ う に な っ て い る.

適 度 な体 脂 肪 量 を維 持 し,一 定 の 体 重 を保 つ 仕 組 み とそ の破 綻 と して の 肥 満 の遺 伝 的 要 因解 明 は,分 子 遺 伝 学 的 手 法 を駆 使 し た最 近 の研 究 に よ って 著 し く進 展 し た.図8.10は

そ の 大 筋 を ま とめ た もの で あ る.白 色 脂 肪 組 織 に脂 肪 が 蓄 積 す る

と脂 肪 細 胞 か ら レ プ チ ン(肥 満 遺 伝 子:OBタ :Leptos=痩 せ る が 語 源)が

内 分 泌 され,大

ンパ ク と も 呼 ば れ る.ラ

脳 の 視 床 下 部 の 交 感 中枢(満

テ ン語 腹 中 枢)

の神 経 細 胞 膜 に存 在 す る レプ チ ン受 容 体 に 結 合 して細 胞 を活 性 化 す る.交 感 神 経 活 性 の 上 昇 は 副 交 感 中枢(摂

食 中 枢)を

抑 制 して 摂 食 を抑 え る と と も に,β3-ア

ドレナ リ ン受 容 体 を 介 して 白色 脂 肪 組 織(特 肪 組 織 か らの 熱 放 散(脱

に 内臓 型)か

共 役 タ ンパ ク質(UCP1):ミ

ン酸 化 を脱 共 役 させ,ATPを

合 成 せ ず に,エ

らの脂 肪 動 員 と褐 色 脂

トコ ン ドリア で の 酸 化 的 リ

ネ ル ギ ー を熱 と して 放 散 す る タ ン

パ ク 質 フ ァ ミ リ ー の ひ とつ)を 促 進 し,こ れ らの 総 合 効 果 に よ っ て 脂 防 の過 剰 蓄

図8.10  体 重調 節 に お け る 自律 神 経 の 役 割

積 を 防 ぐ もの と考 え られ て い る.つ

ま り,自 律神 経 は,食 欲 や エ ネ ル ギ ー 代 謝 の

調 節 に 関 わ り,生 体 の 体 重 を一 定 範 囲 に保 つ う えで も重 要 な 役 割 を 果 た して い る の で あ る. Bray(1990)に sympathetic

よ り提 唱 され たMONA LISA(most

obesities known

are low in

activity)仮 説28),す な わ ち,交 感 神 経 活 動 の低 下 と肥 満 とが 密 接 に

関 連 して い る と い う考 え は動 物 実験 な どか ら支 持 され て きた.し 象 と した研 究 で は,い

か し,ヒ

トを対

ま だ統 一 し た見 解 が得 られ て い な い の が 現 状 で あ る.こ れ

は,被 験 者 の 選 択 基 準(年

齢,身

験 条 件 が異 な る だ け で な く,ヒ

体 組 成,肥

満歴,内

分 泌 代 謝 疾 患 の 有 無)や 実

トを対 象 と した 適 切 な 自律 神 経 機 能 評 価 法,特

に

エ ネ ル ギ ー 消 費 量 や 熱 産 生 能 力 を反 映 す る 交 感神 経 活 動 の測 定 法 が確 立 され て お らず,各 研 究者 が 従 来 の 指 標(血 回 転 率,筋

中 ま た は尿 中 カテ コ ラ ミ ン濃 度,カ

交感 神 経 活 動 な ど)を 用 い て 実 験 を行 い,得

テ コ ラ ミン

られ た 結 果 を解 釈 して い

る こ と に起 因 して い る と思 わ れ る.筆 者 らは肥 満 や 加 齢 に伴 う数 々 の 合 併 症 や 実 験 条 件 の差 異 を避 け る た め,小 児 や 若 年 男 女 学 生 を対 象 に交 感神 経 活 動 と肥 満 に つ い て の 詳 細 な検 討 を進 め て きた7,10,11,29∼35).   そ の 結 果,安

静 時 の 自律 神 経 活 動 に は肥 満 群 ・非 肥 満 群 の 間 で 有 意 な 差 が 認 め

られ な か っ たが,食

事,寒

冷 暴 露 や カ レ ー な どの 辛 味 成 分 な ど に よ る 熱 産 生 刺 激

を 与 え た と き の 交 感 神 経 活 動,特

にVLF成

分 は肥 満 群 で は 増 加 せ ず,ま

反 応 性 は 非 肥 満 群 に 比 べ 有 意 に低 下 して い た7,29,30).した が っ て,安

たその

静 レベ ル の

図8.11  β3アド レナ リ ン受 容 体 の 遺伝 子 変 異 と 自律 神 経 活 動34)

交 感 神 経 活 動 の 低 下 とい う よ りは む し ろ,"交 感 神 経 反 応 性 の 低 下",特

に"交 感

神 経 の エ ネ ル ギ ー 代 謝 調 節 に 関 す る 生 理 的 機 能 の低 下"が 肥 満 の 形 成 を促 す 一 要 因 に な り うる こ とが 示 唆 さ れ た.最 近 の筆 者 らの 研 究 か ら,β3ア ド レナ リ ン受 容 体(β3-AR)や

脱 共 役 タ ンパ ク(UCP1)な

ど に 遺 伝 子 変 異 を もつ 被 験 者 で,交

感 神 経 活 動 動 態 が 有 意 に低 下 す る こ とが 明 らか に な りつ つ あ る34∼36)(図8.11)34).

  8.4  運 動 と 自 律 神 経 活 動   安 静 時 の 自律 神 経 活 動 を比 較 す る と加 齢 や 運 動 習 慣,疾

患 の 有 無,喫

煙 習 慣,

肥 満 度 な ど に よ り大 き く異 な る12,13,15,16,31∼33).中 高 齢 者 を対 象 に した 研 究 で も同 様 な結 果 が 報 告 され て お り,自 律 神 経 系 で も主 に副 交 感 神 経 で調 整 され る圧 受容 体 感 受 性 も運 動 習慣 の あ る 中 高 齢 者 が 有 意 に 高 い こ と も指 摘 され て い る37,38).   筆 者 らは,心 拍 変 動 パ ワー ス ペ ク トル解 析 を用 い,安

静 時 や 漸 増 運 動 中 の心 臓

交 感 ・副 交 感 神 経 活 動 を 連 続 的 に 捉 え る こ とや 嫌 気 性 代 謝 閾 値(anaerobic threshold, AT:血

中 乳 酸 の増 加 が 起 こ り始 め る 運 動 強 度)の

非 観 血 的 測 定 が健 常

者 や 糖 尿 病 患 者 にお い て も可 能 で あ る こ と を す で に報 告 して きた12,13).これ らの 先 行 研 究 結 果 を基 本 に して,よ

り簡 便 な心 臓 自律 神 経 活 動 動 態 の 定 量 化 を心 拍 変

動 の ゆ ら ぎの パ ワ ー(単 位 心 拍 当 た りの 毎 拍 心 拍 加 速 ・減 速 時 間(ミ 乗 値)を

用 い,心 臓 自律 神 経,特

リ秒)の

二

に副 交 感 神 経 活 動 を基 準 に した 安 全 作 業 閾 値 の

設 定 が 可 能 か ど う か の実 験 検 証 を行 っ た.   図8.12は

漸 増 運 動 負 荷 運 動 中 の 心 拍 ゆ ら ぎの パ ワー(単

加 速 ・減 速 時 間 の2乗 値)を

位 心 拍 あ た りの心 拍

用 い た心 拍 変 動 パ ワー 解 析 の結 果 で あ る.健 常 者 で

は 運 動 中 の 心 拍 変 動 パ ワ ー 曲 線 が 指 数 関 数 的 に減 衰 ・収 束 す る(図8.12参

照).

同 時 に 解 析 した 心 拍 変 動 パ ワー ス ペ ク トル に よ り,心 拍 変 動 パ ワー 曲線 の 減 衰 と 心 臓 副 交 感 神 経 活 動 の低 下 とが ほ ぼ 同時 に 起 こ る こ とが 明 らか に な っ た39).こ の 収 束 点 は,呼 気 ガ ス 分 析 に よ っ て 得 ら れ た 嫌 気 性 代 謝 閾 値 よ り も早 期 に 発 現 す る.つ

ま り,交 感 神 経 活 動 の 亢 進 が 顕 著 で 血 中 乳 酸 蓄 積,カ

テ コ ラ ミ ン分 泌 増

加,お

よ び血 圧 上 昇 を伴 う 以 前 に,心 臓 副 交 感神 経 活 動 が 退 縮 ・減 衰 す る こ とが

示 唆 され る40,41).筆者 ら は こ の 心 臓 副 交 感 神 経 の 減 衰 す る運 動 強 度 を安 全 作 業 閾 値(safety

exercise threshold, SET)と

命 名 した.

  心 不 全 患 者 や 肥 満 者 で は心 臓 自律 神 経 活 動 の 異常 が 認 め られ,特 に 運 動 時 の 心 臓 自律 神 経 活 動 動 態 を評 価 す る こ とは致 死 性 不 整脈 や 突 然 死 を予 防 す る上 で重 要

図8.12  漸 増 運 動 負 荷 中 の心 拍 変 動 パ ワー の 変 化

図8.13  心 不 全 患 者 にお け る安 全 運 動 閾値(SET) と嫌 気 性 代 謝 閾 値(AT)と

の関係

図8.14  心 拍 変 動 パ ワ ー 曲線

で あ る.筆 者 ら は,慢 性 心 不 全 患 者13例(年 ∼Ⅲ 度 ,拡 張 型 心 筋 症4例,陳

齢64±2歳;NYHA心

旧 性 心 筋 梗 塞 症5例,弁

増 運 動 負 荷 中 の 心 拍 変 動 パ ワ ー解 析 を 行 っ た(図8.13).そ 閾 値(AT)と

安 全 運 動 閾 値(SET)に

め られ た が,AT出

機 能 分 類I

膜 症4例)を の結 果,嫌

は有 意 な 正 相 関(r=0.88,p<0.01)が

現 の 運 動 強 度 はSETよ

りも有 意 に 高値 を示 した.こ

対象 に漸 気性代 謝 認 の ことは

致 死 性 不 整 脈 を起 こ し や す い心 疾 患 患 者 や 自律 神 経 活 動 の弱 ま りが ち な糖 尿 病, 肥 満 症 の 患 者 で は,心 臓 副 交 感 神 経 活動 を基 準 に運 動 強 度 を決 定 す る 「安 全 作 業 閾 値 」 で の 運 動 処 方 が 望 ま れ る39∼41).

表8.1  収 束 例 と非 収 束 例 の プ ロ フ ィー ル

  興 味 深 い点 は,健 常 者 で は例 外 な く,心 拍 変 動 パ ワ ー の減 衰 ・収 束 が認 め られ た が,若 年 肥 満 歴 の あ る長 期 肥 満 症 や 心 機 能 の よ り低 下 した 心 不 全 患 者 で は,図 8.14の よ うに 減 衰 ・収 束 しな い例 も認 め られ,心 臓 自律 神 経 が 運 動 負 荷 に 対 応 し て 調 節 ・反 応 し て い な い 可 能 性 が 示 唆 され る(表8.1参

照).

  8.5  自律 神 経 に 及 ぼ す 運 動 の 効 果   a.  運 動 と 自律 神 経 活 動 の可 逆 性   運 動 中 の 脂 肪 の 利 用 率 は 運 動 強 度 に依 存 す る.最 大 酸 素 摂 取 量(Vo2max)の 50%の

運 動 強 度 で は,エ

れ る た め,高

ネ ル ギ ー 源 と して 糖 質 と脂 質 が ほ ぼ 同 じ割 合 で 利 用 さ

強 度 の 運 動 に比 べ て脂 肪 燃 焼 率 が 高 くな り,脂 質 代 謝 の活 性 化 に 適

して い る42).米 国 ス ポ ー ツ医 学 会(1990)で 処 方 と して,少 3回,数

約

な く と も50∼85%Vo2maxの

は,呼

吸 循 環 機 能 を向 上 させ る 運 動

強 度 で,20分

間の有酸素 運動 を週 に

カ 月 間継 続 す る こ と を推 奨 して い る43).し か し,内 臓 脂 肪 型 肥 満 者 に 発

生 して い る糖 ・脂 質 代 謝 異 常 の 改 善 に は 必 ず し も この 運 動 処 方 が 適 す る とは 限 ら な い.一 (AT)も

般 的 に 肥 満 者 や 糖 尿 病 患 者 の 場 合,運

動 不 足 を伴 っ て嫌 気 性 代 謝 閾 値

低 く,速 歩 程 度 で こ の 閾 値 に達 す る場 合 もあ る.特 に 高 齢 者 で はATレ

ベ ル の 運 動 が 単 純 な歩 行 に相 当 す る場 合 が 大 半 で あ る.ま た合 併 症 の 問題 か ら運 動 制 限 が 必 要 な 場 合 も多 い.こ の 意 味 か ら,歩 行 レベ ル の軽 度 の 運 動 が糖 ・脂 質 代 謝 を 有 意 に 改 善 させ る 運 動 刺 激 に な る か,あ

る い は糖 代 謝 改 善 に最 低 必 要 な 運

動 強 度 や 運 動 量 が 存 在 す る か は 臨床 上 重 要 な 課 題 で あ る.   肥 満 に対 す る運 動 の 効 果 は,(1)エ 減 量,(2)脂 上,(5)動 低 下,血

ネ ル ギ ー 消 費 の増 大 と脂 肪 組 織 消 費 に よ る

肪 合 成 の 抑 制,(3)基

礎 代 謝 の 増 加,(4)イ

脈 硬 化 性 血 管 障 害 の 改 善(HDLコ 圧 降 下 作 用 な ど),(6)呼

ンス リ ン感 受 性 の 向

レ ス テ ロ ー ル の 増 加,中

性脂 肪 の

吸循 環 機 能 の 増 強 と運 動 能 力 の 向 上,(7)ス

ト レス の 解 消 な ど が 挙 げ られ る44,45).合併 症 を発 症 しや す い 内 臓 脂 肪 型 肥 満 で は,内 臓 脂 肪 が 皮 下 脂 肪 よ り効 果 的 に運 動 で燃 焼 さ れ る利 点 も指 摘 さ れ て お り, 中 高 年 男 性 の 半 数 が メ タ ボ リ ッ ク シ ン ドロ ー ム と推 定 さ れ て い る 昨 今(2006厚 生 労 働 省 発 表),運

動 の 継 続 は 生 活 習 慣 病 の 予 防 上,そ

の 重 要 性 を 益 々増 し て い

る.   自律 神 経 活 動 が 低 下 して い る肥 満 者 を対 象 に した有 酸 素 運 動 の トレー ニ ン グ効 果 を扱 っ た 最 近 の研 究 に よ れ ば,低 強 度(約50%Vo2max)の

有 酸 素 運 動 で も,総

エ ネ ル ギ ー 消 費 量 を増 加 させ る こ と に よ り,呼 吸 循 環 機 能 の 有 意 な 向上 は 認 め ら れ な い が,糖

・脂 質 代 謝 の 改 善 に 十 分 効 果 を発 揮 す る こ とが 明 らか に さ れ て い

る6,15,44,45).   筆 者 らは 肥 満 者 や糖 尿 病 患 者 に対 して 安 全 で 有 効 な 運 動 処 方 の 開発 を行 っ て き た.特

に,血

中乳 酸 や 呼 気 ガ ス の変 化 で は な く,心 臓 副 交 感 神 経 活 動 を基 準 に し

た 「安 全 運 動 閾 値 」 で 運 動 処 方 箋 を作 成 し,生 活 習 慣 病 の リス クが 高 く,自 律 神 経 活 動 の 低 下 した 肥 満 者 を 対 象 に12週

間 の 運 動 ト レー ニ ン グ を実 施 し た(図

8.1546)).そ の 結 果,「 安 全 運 動 閾 値 」 で の 運 動 ト レー ニ ン グ12週 後 で は,血 圧, 血 中 コ レス テ ロー ル,中 性 脂 肪,HDLお

よ びLDL-コ

レス テ ロ ール,体 脂 肪 な ど

の 生 活 習 慣 病 リス ク フ ァ ク タ ー や 心 臓 自律 神 経 活 動 が 有 意 に 改 善 し た39,46).ま た,強

力 な 血 管 収 縮 物 質 で あ るエ ン ドセ リ ンや カ テ コ ラ ミ ンお よび心 負 担 度 の指

標 で あ る脳 性 ナ トリ ウ ム利 尿 ペ プチ ドの増 加 が 運 動 中 に 認 め られ な か っ た39).こ れ らの 自律 神 経 活 動 の 可 逆 的 効 果 か ら,「 安 全 運 動 閾 値 」 で の 運 動 は,心 臓 に負 担 が 少 な く,中 年 肥 満 者 にお け る エ ネ ル ギ ー代 謝 機 構 を改 善 し肥 満 を解 消 きせ る だ け で な く,虚 血 性 心 疾 患 や 突 然 死 を予 防 す る可 能 性 が あ る こ とが 示 唆 され て い る.   ま た,Nagai

et al.(2003a,2004a)は1080人

の 児 童 を対 象 に 体 脂 肪,運 動 量,

食 事 な ど を 詳 細 に調 査 し,自 律 神 経 活 動 に対 す る肥 満 と運 動 習 慣 の 影響 につ い て

図8.15  運 動 トレー ニ ング に よる 自律 神 経 活 動 の 変 化46)

検 討 し て い る31,32).その 結 果,肥 満 児 で は非 肥 満 児 と比 較 して 交 感 ・副 交 感 神 経 活 動 を反 映 す るLF成

分 も副 交 感 神 経 活 動 を 反 映 す るHF成

い る こ と を 明 らか に した31).し か し,同

分 も有 意 に低 下 して

じ程 度 の 肥 満 で あ って も習慣 的 な運 動 習

慣 を有 す る児 童 で は,運 動 習 慣 を 有 さな い児 童 よ り もLF,HF成 に 高値 を示 した32).そ こ で,あ の 運 動 介 入(心

る小 学 校 の 全 児 童(305名)を

拍 数130∼140拍/分,20分/日,5回/週)を

分 ともに有意 対 象 と して1年

間

行 っ た 結 果,介

入

前 に 自律 神 経 活 動 が 低 下 して い た児 童 で は,す べ て の 自律 神 経 活 動 の 評 価 に お い て 有 意 な 改 善 が 認 め られ た33).   こ れ らの 結 果 は,自 律 神 経 活 動 は可 逆 性 を も っ て お り,脂 質 代 謝 や 食 欲 調 節 機 能 の 中枢 で あ る 自律 神 経 活 動 の 低 下 に起 因 す る小 児 肥 満 や 中 年 肥 満 も習 慣 的 な 運 動 の励 行 に よ っ て 予 防 で き る こ と を強 く示 唆 す る もの で あ る.2005年 ッパ 肥 満 学 会 に 参 加 し た が 最 も衝 撃 的 な基 調 講 演 は"Rather Lean and Sedentary"で,肥

の ヨーロ

Fat and Fit than

満 して い て も運 動 習 慣 が あ る人 の 方 が ス リム で 身体

的 不 活 動 な 人 た ち よ り も圧 倒 的 に 病 気 の 罹 患 率 や 死 亡 率 が 低 い こ とが 報 告 さ れ た.軽 い 歩 行 程 度 の 運 動 で も,筋 肉 か ら免 疫 強 化 や 生 活 習 慣 病 の予 防 ・改 善 に つ な が る多 数 の 遺 伝 子 をONに

す るマ イ オ サ イ トカ イ ン(筋 由 来 生 理 活性 物 質)が

放 出 され る こ と も 明 らか に され た.肥 満 の小 児 や 中 年 太 りの 男 女 性 諸 君 に習 慣 的

な 運 動 を 励 行 して,こ

のす ば ら しい 遺 伝 子 を ス イ ッチONさ

れ る こ と をお お い に

期 待 した い も の で あ る.   b.  運 動 と脳 由 来 神 経 栄 養 因 子   最 近 特 に 注 目 を浴 び て い る の は 運 動 トレー ニ ン グ が 大 脳 に 及 ぼ す 影 響 で あ り, 特 に学 習 ・記 憶 を司 る 海 馬 で の脳 由 来 神 経 栄 養 因 子(brain factors:BDNF)で BDNFの

あ る47,48).図8.1647)は,運

derived neurotrophic

動 ト レ ー ニ ン グ 中 に増 加 す る

主 な 機 能 を著 者 が 翻 訳 して リ ス トア ッ プ し た もの で あ る が,そ

は脳 神 経 可 塑 性,神

経 栄養 伝 達,学 習 能改 善,お

よ び脳 神 経 細 胞 保 護(虚 血 か ら

くる脳 損 傷 の抑 制 な ど)の 多 岐 に わ た る もの で あ る.特 BDNFの

シ ナ プ ス 伝 達 亢 進,長

期 記 憶(long

に注 目 した い の が,こ

間 自 由 に走 らせ た と きの 海 馬 に お け るBDNFのmRNAの

ラ ッ トを7日

発 現 を 記 録 した もの

ン トロ ー ル試 行 時 よ り も顕 著 に遺 伝 子 の発 現 が 認 め られ る.図8.17Bは

動 トレ ー ニ ン グ群 と コ ン トロ ー ル 群 の ラ ッ トのBDNFタ の で,運

動 群 で は 約2倍

の

term potentiation)の 増 強,学 習 能

改 善 お よ び シ ナ プ ス タ ンパ ク合 成 な どの 機 能 で あ る.図8.1747)は

で,コ

の働 き

運

ンパ ク量 を比 較 した も

に も増 加 して い る.興 味 深 い こ と にBDNFの

増加 は ト

レー ニ ング 時 の 走 行 距 離 に依 存 して お り,長 期 に わ た る運 動 トレー ニ ング に よ っ て は 著 しい増 加 が 起 こ る可 能 性 が 示 唆 され る.   一 方,ラ

ッ トの子 宮 を摘 出 して 閉 経 を迎 え た ホ ル モ ン環 境 下 で,女 性 ホ ル モ ン

(エ ス トロ ゲ ン)投 与 と運 動 の組 合 せ でBDNFが (図8.18)48).ヒ

増 加 す る こ とが 報 告 さ れ て い る

トへ の 実験 結 果 の 適 用 が どれ だ け 可 能 か は多 少 疑 問 が 残 る が,閉

図8.16  運動で脳由来神経栄養 因子 は増加 する47) 脳 由来神経栄養 因子 の主な働 き 神経可塑性:長 期記憶(LTP)増,シ ナプス伝 達亢進,学 習能改善,シ ナプスタ ンパク合 成促進 神経栄養伝達:神 経細 胞生存促 進,神 経細胞分化促進,神 経細胞分岐促進 神経保護作用:虚 血損傷抑 制,神 経 軸策損傷抑制

図8.18  運 動 で 脳 由 来神 経 栄 養 因 子 は 増 加 す る48)

経 後 の 女 性 で はBDNFが

減 少 して く る こ とか ら,女 性 ホ ル モ ン投 与 は 骨 粗 鬆 症

予 防 だ け で な く,運 動 療 法 と組 み 合 わ せ る こ とに よ り脳 機 能 の維 持 に も有 効 で あ る可 能性 も出 て く る.ま た,運 動 は うつ に対 して 有 効 で あ る と され るが,抗 剤 投 与 に よ り運 動 と同 様 にBDNFが は運 動 の 方 が 大 きい が,抗

うつ

増 加 す る こ と も明 らか に な っ て い る.効 果

うつ 剤 投 与 と運 動 の組 合 せ で は さ らに 大 きい 効 果 が 期

待 で き る47,48).脳機 能 維 持 を 目的 と した 運 動 と な れ ば 運 動 療 法 の 見 方 も変 わ る可

能 性 が あ り,今 後 の この 分 野 の 研 究 成 果 に お お い に期 待 した い と ころ で あ る.

  8.6  食 品 成 分 と 自 律 神 経   a.  セ サ ミン の 生 理 学 的 効 果   ゴ マ は 古 来 よ り健 康 を増 進 す る食 品 と して 広 く親 し まれ て きた が,近

年その さ

ま ざ ま な生 理 活 性 が 科 学 的 に解 明 さ れ つ つ あ る.な か で も ゴ マ に 特 徴 的 な 成 分 で あ る リ グナ ン類 の もつ 生 理 活 性 が 注 目 を集 め て い る.セ サ ミ ンは この リグ ナ ン化 合 物 の 一 種 で あ り,ゴ マ に0.5∼1%程

度 含 ま れ お り,肝 臓 で カ テ コ ー ル体 セ サ

ミ ン に変 換 され 強力 な抗 酸 化 活 性 を示 す こ と が報 告 され て い る49,50).セサ ミ ンの 生 理 活 性 と して は これ まで に,肝 に お け る過 酸 化 脂 質 生 成 抑 制 効 果,ア 分 解 促 進 作 用 に 基 づ く肝 機 能 増 強作 用,癌 細 胞 増 殖抑 制 効 果,コ 吸 収 抑 制 に よ る 血 清 コ レス テ ロ ー ル 低 下 作 用,な

ル コー ル

レス テ ロー ルの

ら び に免 疫 機 能 へ の影 響 な どが

報 告 され て い る.   近 年,高 血 圧 の 発 症 要 因の ひ とつ と して血 管 系 にお け る酸 化 ス トレス の 亢 進 と 血 管 内 皮 細 胞 障 害 と の 関 連 性 が 注 目 さ れ て い る.本 態 性 高 血 圧 モ デ ル で あ る高 血 圧 自然 発 症 ラ ッ ト(SHR)に と血 圧 が 低 下 す る こ と,ア て,SODの

ス ー パ ー オ キ シ ドジ ス ム ター ゼ(SOD)を

投与す る

ン ジオ テ ン シ ンⅡ 持 続 注 入 に よる 高 血 圧 モ デ ル に お い

慢 性 投 与 が 血 圧 の 上 昇 を抑 制 す る こ と も報告 され て い る51,52).高血 圧

を含 め た種 々 の 循 環 器 疾 患 の発 症 や 進 展 に活 性 酸 素 が 関係 す る こ とが 明 らか に な っ て きた が,セ

サ ミ ン は生 体 内 で 効 果 的 に 働 く強 力 な抗 酸 化 剤 で あ る こ とか ら,

ヒ トに お け る 有 効 性 も期 待 が もて る53).   b.  セ サ ミ ン と活 性 酸 素   ヒ トへ の セ サ ミ ン の 効 果 を直 接 検 証 す る た め に,ク 44∼59歳

の 更 年 期 障 害 の 症 状 を有 す る 女 性14名

を対 象 と し,セ サ ミ ンが 自律神

経 活 動 と血 管 弾 性 に及 ぼ す 影 響 につ い て 検 討 した.対 け,一 方 の群 に は セ サ ミ ン と ビ タ ミ ンEの ミ ン10mg,ビ 1日3粒,そ

タ ミ ンE60mg/3粒)を,も れ ぞ れ4週

出 して,血

象 者 を無 作 為 に2群

混 合 カプ セ ル(セ

サ ミ ン+VE;セ

に分 サ

う一方の群 にはプ ラセボ カプセ ルを

間 継 続 し て摂 取 させ た.サ

て 血 圧 と心 電 図 を 計 測 し,得

リ ニ ック に 受 診 に 訪 れ た

ン プ ル摂 取 前 後 に,仰 臥 位 に

られ た収 縮 期 血 圧 と平 均 血 圧 よ り血 圧 波 動 指 数 を算

管 弾 性 の 指 標 と した6).ま た,心

電 図 の心 拍 変 動 パ ワ ー ス ペ ク トル解

析 に よ り,心 臓 自律 神 経 活 動 動 態 を評 価 した.更 年 期 障 害 症 状 につ い て は 簡 易 更 年 期 指 数(SMI)を 間 摂 取 に よ り,総

指 標 に評 価 した(図8.19).そ 自律 神 経 活 動,交

の 結 果,セ

サ ミン+VEの4週

感 お よび 副 交 感 神 経 活 動 の 亢 進 が 認 め ら れ,

特 に副 交 感 神 経 活 動 の 亢 進 が 顕 著 で あ っ た.血 圧 も正 常 化 す る 傾 向 が 認 め られ, 血 管 弾 性 に お い て は セ サ ミ ン+VE摂

取 群 で 有 意 に改 善 す る こ とが 明 らか とな っ

た.更 年 期 障 害 症 状 に つ い て も,血 管 運 動 神 経 障 害 の 改 善 傾 向 が 認 め られ た.   運 動 は生 活 習 慣 病 予 防 に有 用 で あ る 一 方 で,運 動 中 に は,活 性 酸 素 の 発 生 亢 進 や,心 臓 副 交 感 神 経 活 動 の 減 衰 に よ る 突 然 死 な どの 危 険 を 有 す る.そ こで 筆 者 ら は,激 運 動 時 の 脂 質 過 酸化 に対 す る セ サ ミン の抑 制 効 果 に つ い て 男 子 大 学 生 を対 象 に検 討 した.そ 伴 い,プ

の 結 果,最

大 心 拍 数 の80∼90%相

当 の20分

間の高強度運動 に

ラ セ ボ 摂 取 時 に は血 漿 過 酸 化 脂 質 濃 度 の 有 意 な上 昇 が観 察 され たが,運

動 前 の セ サ ミ ンお よ び ビ タ ミ ンE経

口投 与 に よ りそ の 上 昇 が 抑 制 され た53).こ の

実 験 に よ り,セ サ ミ ンは ビ タ ミンEと

同 様 も し くは そ れ 以 上 に 激 運 動 に よ る活

性 酸 素 の 害 を抑 制 す る 強 力 な抗 酸 化 剤 と して 有 用 で あ る こ とが 示 唆 さ れ た.   さ らに,喫 煙 も,交 感 神 経 活 動 の 亢 進 や 酸 化 ス トレス が 循 環 器 疾 患 の リス ク を 高 め る可 能性 が あ る た め,喫 煙 に伴 う心 臓 自律 神 経 活 動 動 態 の 変 化 とセ サ ミンの

図8.19  心電図,血 圧 の連続測定 と信号 加算平均法 による血圧波動指 数の評価

作 用 に つ い て も検 討 を加 え た.実 験 で は,健 常 な 男 子 大 学 生9名 タ ミ ンEの

混 合 カ プ セ ル(セ

mg/3粒)あ

サ ミ ン+VE;セ

にセ サ ミ ン と ビ

サ ミ ン10mg,ビ

る い は プ ラ セ ボ カ プ セ ル を摂 取 さ せ た 後,喫 煙(市

タ ミ ンE60 販 煙 草1本)を

負 荷 し,連 続 的 に心 電 図 を記 録 して心 臓 自律 神 経 活 動 の 変 化 を 調 べ た.ま 臓 脱 ・再 分 極 時 間 の 指 標 と してQ-T間

隔 を測 定 し た.そ

有 意 な心 拍 数 の 増 加 と心 臓 交 感 神 経 活 動 指 標 の 増 加,な 顕 著 な低 下 が 認 め られ た.セ

サ ミ ン+VE投

経 活 動 の 低 下 は 有 意 に 抑 制 さ れ た.ま T間 隔 の 延 長 が 認 め られ た が,セ

た,心

の結 果,喫 煙 直 後 で は らび に 副 交 感 神 経 活 動 の

与 時 で は喫 煙 に よ る顕 著 な副 交 感 神

た,プ

ラ セ ボ 試 行 で は喫 煙 後 に有 意 なQ-

サ ミ ン投 与 時 で は このQ-T間

隔 の遅延 は認 め

られ な か っ た.以 上 か ら,喫 煙 前 の セ サ ミ ンの 摂 取 に よ り,心 因 性 突 然死 の 危 険 因 子 で あ る心 電 図Q-T間

隔 の 遅 延 や 顕 著 な心 臓 自律 神 経 活 動 へ の 影 響 を 緩 和 さ

せ る可 能性 が 示 唆 され た54).   c.  カ フ ェ イ ン   1)  脳 波 お よび 自律 神 経 活 動 へ の 影 響

 コー ヒー な ど に含 ま れ る カ フ ェ イ ン

が ヒ トの 自律 神 経 活 動 を亢 進 さ せ る こ とは 先 行 研 究 で 明 らか に され て き た55,56). そ こ で,カ

フ ェ イ ン独 自 の リ ラ クゼ ー シ ョン効 果 も含 め た神 経 生 理 学 的 作 用 を検

討 す る た め に3種 類 の 温 飲 料(コ を3日

ー ヒ ー,デ

カ フ ェ ネ イ テ ッ ドコ ー ヒー,さ

間 に 分 け て ラ ン ダ ム に摂 取 し,摂 取 前 後,お

神 経 活 動,エ

ネ ル ギ ー 代 謝,お

よび30,60,90分

よ び脳 波 を測 定 した.コ

湯)

後 に 自律

ー ヒー に は約100mgの

カ フ ェ イ ンが 含 まれ て い る.   そ の 結 果,総 は,両

自律 神 経 活 動 を 反 映 す る 心 拍 変 動 パ ワ ー ス ペ ク トル の総 パ ワー

コ ー ヒー の 摂 取 後,顕

活 動 に つ い て は,コ

著 に そ の 時 間 効 果 が 認 め ら れ た.一 方,副 交 感 神 経

ー ヒ ー の 摂 取 後 の み に そ の 時 間 効 果 が 認 め られ た.脂 肪 代 謝

の 指 標 で あ る 呼 吸 商 につ い て も,コ ー ヒー の 摂 取 後 で は,さ

湯 の摂取 後 に比べ

て,顕 著 に低 下 した.こ の こ とか ら,コ ー ヒー の 顕 著 な脂 質 代 謝 の 亢 進 作 用 が 実 験 的 に 確 認 で きた57).   図8.20は

脳 波 の 解 析 に用 い た脳 波 デ ィ コ ン ポ ジ シ ョ ン解 析 結 果 の 例 で あ る.

この 図 は 高 速 フ ー リエ 変 換 に よ っ て 得 られ た 脳 波 周 波 数 パ ワー スペ ク トル を逆 フ ー リエ 変 換 に よ り,任 意 の 周 波 数 帯 域 の み を源 信 号 か ら抽 出 して プ ロ ッ トした も の で あ る.そ

の 結 果,リ

ラ ク ゼ ー シ ョ ン の 指 標 で あ る α 波 が 脳 波 に 占 め る割 合

図8.20  脳 波 デ ィコ ンポ ジ シ ョ ンの 解 析 結 果 の例

に 関 して は,さ

湯 の 摂 取 後,有

意 に そ の 減 衰 が 認 め られ た が,両

コー ヒ ー摂 取 後

に は,有 意 な低 下 は 見 られ な か っ た57).   以 上 の結 果 か ら,コ ー ヒー 中 の カ フ ェ イ ンが 交 感 神 経 活 動,副 交 感 神 経 活 動 の 両 方 を増 強 す る こ と,ま た,コ ー ヒー 特 有 の物 質(特 有 の香 り,苦 味 な ど)が 総 自律 神 経 活 動 を増 強 し,脂 質代 謝 を高 め る可 能 性 が 示 唆 さ れ た.ま で はあ るが,コ

ー ヒー 特 有 の物 質 が,リ

た,間 接 的 に

ラ ク ゼ ー シ ョ ン効 果 を もつ こ とが 示 さ れ

た.   一 方,カ

フ ェ イ ン摂 取 は 自律 神 経 を介 して脂 質 酸 化 とエ ネ ル ギ ー消 費 の 両 方 を

刺 激 し,安 静 時 エ ネ ル ギ ー 消 費 量 の 増 大 だ けで な く基 質 と して の 脂 質 の 動 員 とそ の酸 化 を刺 激 す る.カ

フ ェ イ ン経 口 投 与(300mg)が

運 動 中 の 自律 神 経 活 動 動

態 や エ ネ ル ギ ー 代 謝 に 及 ぼ す 影 響 を ヒ トに お い て 検 討 した 報 告56)で は,30分 の40∼50%の

最 大 運 動 強 度 に相 当 す る持 久 的 運 動 に お い て,プ

間

ラセボ投与時 に

比 較 して 有 意 な 自律 神 経 活 動 亢 進 と脂 質 酸 化 を も た らす こ とが 明 らか に な っ て い る.こ の こ と か ら,カ フ ェ イ ン は運 動 中 の 脂 質 酸 化 の亢 進 を もた らす 有 用 な食 品 成 分 で あ る こ と が示 唆 さ れ た.   d.  海 洋 深 層 水   生 体 の生 理 機 能 を維 持 して い く う えで 無 機 質(ミ せ な い.ま

ネ ラ ル)の 適 切 な 摂 取 は欠 か

た,生 活 習慣 病 との 関 連 が 注 目さ れ て い る ミネ ラル と して,マ

グネシ

ウ ム や カ リウ ム が あ り,マ グ ネ シ ウ ム不 足 は,脳

卒 中,冠 動 脈 疾 患 や 腎 不 全,血

栓 症 を惹 起 させ う る 可 能 性 が 指 摘 さ れ て い る.ま た カ リ ウ ム や マ グ ネ シ ウ ム に は 降圧 効 果 が 認 め られ て お り,高 血 圧 患 者 の 利 尿 薬 に よ る低 カ リ ウ ム血 症 や低 マ グ ネ シ ウ ム血 症 は逆 に心 室 性 不 整 脈 の発 現 や 心 機 能 の 低 下 を もた ら し,心 因性 の 突 然 死 の 発 生 が 懸 念 され る58).   以 上 の ミネ ラ ル の補 給 源 と して,海 洋 深 層 水 は マ グ ネ シ ウム,カ

ルシウムな ど

の 主 要 ミネ ラ ル を は じ め85種 類 の 自然 の ミネ ラ ル を 体 組 成 に 近 いバ ラ ン ス で 含 ま れ て い る と さ れ,そ の 機 能 性 が注 目 され て い る.そ

こ で,筆 者 らは海 洋 深 層水

が 心 臓 血 管 系 に及 ぼ す 影 響 を検 討 す るた め に次 の 実 験 を 行 な っ た.被 験 者 は,平 均 年 齢42歳

の21名

の成 人 男 性 で,市

販 の 海 洋 深 層 水(S社)で

去 さ れ て い る もの を使 用 した.海 洋 深 層 水 を1日1.5l,5週

ナ トリウ ム が 除 間連 続 で 摂 取 し,摂

取 期 間 の 前 後 に,安 静 時 と運 動 負荷 時 の 心 電 図 測 定 な らび に運 動 負 荷 前 後 の 採 血 を 行 っ た.そ た.興

の 結 果,5週

味深 い の は,こ

間 の 摂 取 後 で は血 中 中 性 脂 肪 と血 糖 値 は有 意 に低 下 し

れ らの効 果 は,摂 取 前 の 中 性 脂 肪 や 血糖 値 が 高 い 人 ほ ど顕

著 に改 善効 果 が 認 め られ た点 で,こ れ らの 被 験 者 は リ ンパ 球 中 マ グ ネ シ ウム 濃 度 の 初 期 値 が 平 均 以 下 で あ っ た が,海 洋 深 層 水 の5週

間の摂取後 にはその濃度が大

幅 に改 善 して い た.中 性 脂 肪,血 糖 値 の 改 善 効 果 はマ グ ネ シ ウ ム が 脂 質 代 謝 や 糖 代 謝 関 連 の 酵 素 を 活 性 化 させ た 可 能 性 を示 唆 す る.ま た,同 時 に測 定 した 心 筋 脱 分 極 ・再 分 極 時 間 を反 映 す る心 電 図RT(recovery

time)やQ-T間

隔 も5週 間の

海 洋 深 層 水 摂 取 に よ り有 意 に 短 縮 し た こ とか ら,運 動 中 の 不 整 脈 や 突 然 死 の 予 防 に も有 効 で あ る と考 え られ る9).   e.  カ プ サ イ シ ン摂 取 とエ ネル ギ ー代 謝   トウ ガ ラ シ に含 ま れ る香 辛 料 辛 味 成 分 カ プ サ イ シ ンは,交 感 神 経 系 を介 した副 腎 の ア ドレナ リ ン分 泌 や 褐 色 脂 肪 組 織 中 のUCP1誘 作 用 を有 す る27,59,60)ま た,ヒ

導 によるエネルギー代謝亢進

トに お い て も比 較 的 多 量 の 香 辛 料 辛 味 成 分 を食 事 と

と もに 摂 取 す る と,食 事 誘 発 性 熱 産 生(DIT)の

増 大 が 認 め ら れ る こ とが 報 告 さ

れ て い る29).一 方,小 児 は 成 人 よ り も熱 産 生 に お け る褐 色 脂 肪 組 織 の 役 割 が 大 き く,香 辛 料 辛 味 成 分 の 影響 を成 人 よ り も大 き く受 け る と考 え られ るが,こ

の点に

関 す る研 究 は きわ め て 少 な い.   永 井 ら(2003)は

香 辛料 辛 味 成 分 が 小 児 のDITと

満 腹 感 に与 え る影 響 に つ い

て 交 感 神 経 活 動 動 態 と あ わ せ て 検 討 し て い る.8∼11歳 体 重1kg当

た り16kcal,糖

(HC+Spice食)お (HC食)を,そ 時)お

質 エ ネ ル ギ ー 比70%に

に,

調 整 した 辛 口 カ レー ラ イス

よ び カ レ ー よ り香 辛 料 を 除 去 し て作 成 した 擬 似 カ レー ラ イス れ ぞ れ 別 の 日の 午 前 中 に ラ ン ダ ム な 順 序 で 負 荷 し,食 前(安

よ び 食 後3時

間 ま で30分

Visual analog scales(VASs)に Spice食 はHC食

間 隔 で 心 電 図,呼

気 ガ ス を 測 定 し,加

静 えて

よ る 満 腹 感 ス コ ア を記 録 し た.そ の 結 果, HC+

よ りも,食 後 の エ ネ ル ギ ー 消 費 変 化 率,熱

神 経 成 分 と もに有 意 に 高 く,DITも 10.6kcal).満

の 健 康 な 男 児13名

産 生 に 関 与 す る交 感

有 意 に高 値 を示 した(42.9±11.4vs.30.7±

腹 感 ス コ ア はHC+Spice食

で 高値 を維 持 した.

  以 上 の 結 果 よ り,日 常 的 に無 理 な く摂 取 で き る量 の 香 辛 料 辛 味 成 分 で あ っ て も 小 児 の熱 産 生 を増 加 させ 満 腹 感 を 維 持 す る作 用 を有 す る こ と,お よ び,こ れ らの 熱 産 生 や 満 腹 感 の 持 続 に は 交 感 神 経 活 動 の 亢 進 が 関 与 す る 可 能 性 が 示 唆 され た10,29).   f.  レモ ン,グ レ ー プ フルー ツ摂 取 と 自律 神 経 活 動 動 態   自律 神 経 系 は 交 感 ・副 交 感 神 経 活 動 の バ ラ ンス に よ り制 御 さ れ,生 体 の活 動 ・ 休 息 に伴 う概 日 リズ ム を有 す る が,都

市 化 な どの"環 境 の 突 然 の 変異"に

よる バ

ラ ン スの 崩 れ が エ ネ ル ギ ー代 謝 に影 響 し代 謝 性 疾 患 を惹起 す る と の仮 説 が 近 年提 唱 され て い る61).一 方,ラ

ッ トで は レモ ンや グ レー プ フ ル ー ツ の香 りが 交 感 神 経

を興 奮 させ る こ と が 報 告 さ れ て い る が,ヒ

トで の 作 用 は不 明 な点 が多 い.そ

こで

筆 者 らは レモ ン,グ レー プ フル ー ツ摂 取 が ヒ トの 交 感 神 経 活 動 に及 ぼ す 影 響 に つ い て 検 討 した.実 験 で は,非 肥 満 ・非 喫 煙 の 若 年 女 性13名(21.2±0.4歳)に, 同 じエ ネ ルギ ー,容 量 に調 整 した,ブ ツ果 汁(GJ),グ

ドウ糖 溶 液(対 照:CT),グ

レー プ フ ル ー ツ 果 肉(GF),レ

9時 に ラ ン ダ ム な順 序 で 負 荷 した.安 し,心 拍 変 動 解 析 に よ り交 感(SNS

レー プ フ ル ー

モ ン果 肉(LE)を

静 時 お よ び 摂 取 後60分

別 々 の 日の 朝

まで心 電図 を記録

index)・ 副 交 感 神 経 活 動 指 標(PNS

index)

を求 め た(図8.21).   そ の結 果,試 験 食 負 荷 後 のSNS

indexは,

CTで

プ フ ル ー ツ負 荷 後 に 有 意 な 上 昇 が 認 め られ,そ

は変 化 せ ず,レ

の 程 度 はLE,

GF,

モ ン,グ

レー

GJの 順 に 高

か っ た.   試 験 食 負 荷 後 の 交 感 神 経 活 動 の 上 昇 は,同

じグ レー プ フル ー ツ で も果 汁 よ り果

図8.21 

レ モ ン,グ

レー プ フ ル ー ツ摂 取 後 の 自律 神 経 活 動

肉の 方 が 高 く,レ モ ンで 最 も高 か った こ とか ら,味,匂

い 両 方 の 刺 激 を介 して 交

感 神 経 活 動 が 亢 進 して い る もの と推 察 され た(Nagai,未

公 表 デ ー タ).以 上 の 結

果 は レモ ン,グ

レー プ フ ル ー ツ摂 取 が 朝 の 自律 神 経 バ ラ ンス を交 感 神 経優 位 に整

え る可 能性 を示 唆 す る も の で あ る.   g.  高 脂肪 食 と 自律 神 経 活 動 動 態   近 年,高 や,心

脂 肪 食 が カ テ コ ラ ミ ン分 泌 を亢 進 させ 心 拍 数 を 上 昇 させ る こ と7,36,62)

臓 の α-ア ドレナ リ ン受 容 体 の 感 受 性 を亢 進 させ る こ と63),心 臓 の 再 分 極

時 間 を遅 らせ,い

わ ゆ る 突 然 死 の 原 因 と な るQ-T間

隔 遅 延 を も た らす こ と64)が

報 告 され て お り,肥 満 の み で な く心 臓 血 管 系 へ の影 響 も懸 念 さ れ て い る.筆 者 ら は これ まで に,UCP1遺

伝 子 変 異(-3826A/G)のGGア

レル 小 児 で は,高 炭 水

化 物 食 の 摂 取 後 の 自律 神 経 活 動 に は,有 意 な 差 が 認 め られ な いが,高 後 に は 熱 産 生 に 関 与 す る 交 感 神 経 活 動 成 分(VLF)は 事 誘 発 性 熱 産 生 は 正 常 型(AA)お

脂肪食摂取

有 意 に 増 加 す る もの の,食

よ び 片 方 の み の 変 異 で あ るAGと

比べ て低 い

こ と を見 い だ して い る36).   筆 者 ら(2005a)の 糖 値,満

腹 感,エ

最 近 の 研 究 で は,朝 食 欠 食 や 三 大 栄 養 素 の 比 率 が 食 後 の 血 ネ ル ギ ー 消 費 量(EE),自

律 神 経 活 動 に及 ぼ す 影 響 をUCP1遺

伝 子 多 型 と と も に検 討 して い る65).健 常 者8名 行 の 朝 食+昼

食(CC:高

に総 摂 取 エ ネ ル ギ ー が 等 しい4試

糖 質 食+高 糖 質 食, SC:欠

食+高

糖 質 食2食,

FF:高

脂 肪 食+高

脂 肪 食,SF:欠

FF試 行 よ り も朝 食 後3時

食+高

脂 肪 食2食)を

間 の 血 糖 値,満

生 も4試 行 中 最 も 高 値 で あ っ た.特

腹 感,EEが

負 荷 した 結 果,CC試

行では

有 意 に 高 く,6時

間の熱産

に,朝 食 欠 食(SC,SF)試

低 く,昼 食 後 に心 拍 数 の著 増 を認 め た.UCP1遺

伝 子 のGGア

行 では熱 産生が レル を有 す る 者 は

2名 と少 数 で あ っ た が 有 意 に 熱 産 生 が 低 く,高 脂 肪 食 摂 取 後 に よ り顕 著 に この 傾 向 が 認 め られ た.以 上 は,耐 糖 能 正 常 者 で は米 飯 を主 体 とす る朝 食 の摂 取 が 肥 満 予 防 に寄 与 す る 可 能 性 を示 唆 す る と と も に,遺 伝 的 背 景 へ の 配 慮 の 必 要 性 を示 す もの で あ る.   h.  ア ン ジ オ テ ン シ ン Ⅱ2型

受 容 体 遺 伝 子 多 型(3826C/A)と

自律 神 経 活 動,

食 塩摂取   ア ン ジ オ テ ンシ ン Ⅱ は1型 受 容 体(AT1)を 容 体(AT2)はAT1と

介 し血 圧 を上 昇 させ る が,2型

拮 抗 し て働 くた め,AT1とAT2の

に 重 要 で あ る と考 え られ て い る.AT2はX染

発 現 バ ラ ンス が 血 圧 調 節

色 体 上 に コー ドされ エ ク ソ ン3の3'

非 翻 訳 領 域 で シ トシ ンが ア デ ニ ン置 換 した 変 異(3123C/A)が

発 見 され て お り,

変 異 と高 血 圧 発 症 の 関連 は 興 味 深 い が 不 明 な 点 が 多 い.筆 者 らは,ヒ 変 異 と血 圧 調 節 を 司 る 自律 神 経 活 動,食 の 若 年 女 性(20∼23歳)53名 よ り0.1∼1.0%の10段   そ の 結 果,被 名,変

塩 味 覚 閾 値 ・摂 取 量 との 関 連性 を非 肥 満

を対 象 に して 検 討 した.食

塩 味 覚 閾 値 は滴 下 法 に

の う ち 正 常 型(CC)18名,片

方 の み の 変 異(AC)28

リル 頻 度0.40)で,AAに

着 目 した 検 討 を行 っ た.各

異 型(AA)7名(ア

群 間 の 血 圧 に 差 は な か っ た が,AA群

で は 自律 神 経 全 体 の活 動 度 を 表 すTP,レ

ニ ン-ア ンジ オ テ ン シ ン系 の 活 動 帯 域 を そ の 中 に 含 む と され るVLF,交

も か か わ らず,AA群

トで のAT2

階 で 評価 し た.

験 者53名

動 を 表 すLFがCC+AC群

受

感神 経活

よ り も有 意 に 高 か っ た.食 塩 味 覚 閾値 に は差 が な い に で は食 塩 摂 取 量 が 有 意 に多 か っ た(AA,5.5±0.8

CC,4.5±0.2g/1000kcal/日).こ

れ らの 結 果 を 考 察 す る と,AT2遺

枢 性 の 圧 受 容 体 反 射 調 節 機 能 を弱 め,過

vs. AC+

伝 子多型 は 中

敏 な圧 受 容 体 反 射 と交 感 神 経 亢 進 に よ り

血 圧 上 昇 に 働 くが66),若 年 健 常 者 で は 変 異(AA)を

有 し て い て も 自律 神 経 機 能

が 高 い た め 血 圧 を下 げ る方 向 に代 償 的 な 調 節 が 行 わ れ て い る 可 能 性 が 示 唆 され た.し

か し,食 塩 味 覚 閾値 が 同 程 度 で あ り なが ら食 塩 摂 取 量 が 多 い こ とや,加

齢

に伴 う 自律 神 経 機 能 低 下 に よ り将 来 高 血 圧 を発 症 す る 可 能 性 が 高 い と考 え られ る

(Nagai,未  

最

公 表

近,筆

者

β3サ

デ ー

タ).

ら は 本 態 性

ン パ

ク

ブ ユ

ニ

ッ

る 可

能 性

を 示 唆

す

神 経 活 動

の 関 連

が 示

高

血 圧

に 関 与

る 結 果 唆

も 報 告

さ れ

理 学,文

律 神 経 と 心 腎 臓.宮

exercise:evidence

内

シ グ ナ ル 伝 達

り67),血

圧 調

自 律 神

に 関 与

経 活 動

節 関 連 遺 伝

す

るGタ

に 影 響

子 変 異

を 与

と 心 臓

え

自 律

る.

2)  松 川 寛 二(2001)自 Hoskins

胞

変 異 が 心 臓

し て お

1)  真 島 英 信(1973)生

GE,

る 細

ト 遺 伝 子(GNB3)の

引

3)  Billman

す

用

文

献

光 堂 村 実 晴(編):新

RS(1989)Time-series for reduced

運 動 生 理 学(下

analysis

cardiac

vagal

tone

of heart

in animals

巻),pp.102-111

rate variability

susceptible

during

submaximal

to ventricular

fibrillation.

Circulation,80:874-880 4)  Billman

GE(1992)Cellular

5)  Akselrod

S, Gordon

of heart

D, Ubel

rate fluctuation:a

mechanisms

for ventricular

FA,

DC,

Shannon

quantitative

Barger

probe

fibrillation. News

AC,

Cohen

of beat-to-beat

Physiol

Sci,7,254-259

RJ(1981)Power

cardiovascular

spectrum

control.

analysis

Science,213,220-

222 6) 

森 谷 敏 夫,林 経,血

7)

達 也,枡

Matsumoto acute

T, Miyawaki

cold

exposure

8)  Matsumoto

T,

between

9)  森 谷 敏 夫,永

熱 産 生,満

Miyatsuji

Nagai

Kanda

T, Zenji C, Moritani

non-obese

Miyawaki and

尾 一 和(1997)運

腹 感,及

Moritani

young

women.

T, Yanagimoto

sympatho-vagal

下 沼 裕,森

T, Kimura and

T, Hayashi

(1999)Autonomic

responsiveness

T(2003)A

in young

to

potential

obese

Japanese

association

women.

Am

J

Med

T, Moritani

辛 料 辛 味 成 分 が 小 児 の 食 事 誘 発 性

満 研 究,9,52-59

T(2005a)The nervous

effect of a high-carbohydrate

system

activity in boys

with

meal

a recent

onset

of

M,

patients,

Mimasa

normal

F, Shibata

controls

and

patients

Exercise

and

Moritani

T, Kimura

T, Shinohara during

Diabetes,

森 谷 敏 夫,林

M,

Mimasa

exercise

F, Masuda

as determined

Smith-Gordson

T, Hamada

Electromyogr

Ltd, London,

T, Nagai

達 也,篠

原

稔,見

尿 病 の 運 動 療 法,29-35

Ue

I, Yoshitake

activities by means

Iarization process.

Ann

山 尚 久,林

by

I, Nakao heart

by

heart

rate spectral

K(1995)Sympatho-vagal

rate spectral

analy

analysis.

activities

In:Glucose

Fluxes,

pp 179-184

N(2005)Electrophysiology

正 富 美 子,柴

ラ ク テ イ ス/糖

松 本 珠 希,後

of sympatho-vagal

athletes

and

kinesiology

for health

and

Kinesiol,15,240255

運 動 負 荷 時 に お け る 糖 尿 病 患 者 の 自 律 神 経 活 動:心

Masuda

M(1993)Comparison

endurance

Sci,7,31-39

T, Hayashi

H,

圧,11(12),1297-1302

谷 敏 夫(2003)香

sympathetic

T, Shinohara

diabetic

of NIDDM

disease.J

17) 

T

Y, Moritani

び 交 感 神 経 活 動 へ 及 ぼ す 影 響.肥

N, Hamada

Moritani

vous

律 神

Int J Obesity,23,793-800

activities

動 効 果 を 生 か す 食 品.血

神 寿 彦,久

thermogenesis

among

sis.J Sports

16) 

動 前 後 に お け る 脳 波,自

動 生 化 学,9,112-115

Metabolism,54,430-438

function

15) 

A,

leptin

根 直 樹,鳴

N, Sakane

obesity.

14) 

H,

and

井 成 美(2004)運

on postprandial

13) 

正 冨 美 子,中

Biol,15,8-15

10)  永 井 成 美,坂

12) 

出,見

T, Ue

in obese

endogenous

Human

11) 

田

圧 ・循 環 調 節 ホ ル モ ン の 変 化.運

Y, Inazumi

of ECG

R-R

Noninvasive 達 也,森

T,

Moritani

interval

power

田 真 志,桝

田

出,中

尾 一 和(1994)安

静 時 及 び

拍 変 動 ス ペ ク トル 解 析 に よ る 比 較 検 討.別

T(2000)Assessment spectral

analysis

of cardiac and

cardiac

冊 プ

autonomic

ner

depolarization-repo-

Electrocardiol,5,336-345 谷 敏 夫(2006)月

経 前 症 候 群 の発 現 に 関 与 す る神 経 生 理 学 的 要

因:黄

体 後 期 に お け る 自律 神 経 活 動 動 態 と 不 定 愁 訴 と の 関 連.心

18)  Kimura

T,

blood

Physiol,

Matsumoto

T,

21) 

23) 

J Psychosomat T, Yamori

E, Moritani

T,

E,

ance

assessed

Kannagi

M,

with

T,

Oida

JFX,

Shannon

26) 

Oida

27) 

28) 

T(2006)Body

nervous

T, Hayashi

T,

system

Suzuki

of eumenorrheic

analysis

on

fat and activity. Eur

T, Tatsumi

women

cardiac

with

recovery

J

N(2006) premenstrual

after dynamic

exer

mathemetical

theory

T, Yamori Acta

analysis.

rate responses

rabbits.J

Physiol

vago-sympathetic

of cardiac

vagosympathetic

bal

M219-M224

Eur

of sympatho-vagal J Appl

balance

in a

Physiol,94,602-610

to selective

stimulation

of cardiac

vagal

C

Lond,489,203-214

of communication.

Bell Sys Tech J,27,379-423

Y(1999c)Physiological

significance

of absolute

heart

rate

Physiol Scand,165,421-422

T, Ishihara

K, Fushiki

in rats:measurement

using

Biomech,65,

alteration

alteration

the tone-entropy

of cardiac

Scand,65,129-134

Gerontol,54,

T(2005)Age-associated

D(1995)Heart

K, Moritani

alteration

Physiol

Y(1999b)Aging analysis.J

cats, rats and

change.

Bray

autonomic

Y(1999a)Diabetic

T, Yamori

Y, Jordan

variability in postural

Biotech

T, Moritani

in print

analysis. Acta

through

Moritani

activity

T, Yamori

tone-entropy

T,

nerve

Moritani

Gynecol,

assessed

Wang

Kannagi

Ohnuki

Obst

E, Moritani

CE(1948)A

E,

療 内 科,9,359-366

Aso

to resting

Y(1997)Tone-entropy

the tone-entropy

fibers in anesthetized 25) 

N,

Moritani

through

population

24)  Jones

T, Morimura

Moritani

assessed

Oida

female

are related

N,

Physiol,82,1794-1801

E, Kannagi

Amano

Y, Miyasaka

activity in the late luteal phase

Oida

modulation 22) 

system

symptomatology.

Oida

Owa

women

Ushiroyama

nervous

cise. J Appl

M,

in print

Autonomic

20) 

T, Akiyoshi

lipids in postmenopausal

Appl 19) 

Matsumoto

T(2001)Capsaicin power

increases

spectral

analysis

modulation

of heart

rate

of sympathetic

fluctuations.

Biosci

638-643

GA(1991)Obesity,

a disorder

of nutrient

partitioning:The

MONA

LISA

hypothesis.

J Nutr,121,

1146-62 29) 

Matumoto

T, Miyawaki

taining

yellow

lean and 30) 

obese

Matumoto genic

C, Ue

curry

sauce

young

Yuasa

Nutr

C, Ue

response

H,

T, Miyatsuji

sympathetic

women,J

T, Miyawaki

sympathetic

on

nervous

T(2000)Effects

activity and

of capsaicin-con

diet-induced

thermogenesis

in

Sci Vitaminol,46,309-315

H, Kanda

to food

A, Moritani system

T, Yoshitake

intake

between

Y, Moritani

obese

and

T(2001)Comparison

non-obese

young

of thermo

women.

Obesity Res,9,

78-85 31) 

Nagai

N,

System

Matsumoto

Activity

T,

and

Kita

H, Moritani

the State and

T(2003a)Interrelationship

Development

of Obesity

of the Autonomic

in Japanese

School

Children.

Nervous

Obesity Res,11,

25-32 32) 

Nagai and

33) 

N, Moritani obese

Nagai

T(2004a)Effect

children.

N,

Hamada

autonomic

of physical

activity on

autonomic

nervous

system

function

in lean

Int J Obesity,28,27-33 T, Kimura

T, Moritani

nervous

system

Yasuda

K, Moritani

T(2004b)Moderate

activity in children

with

low

physical heart

exercise

rate variability.

increases

cardiac

Child's Nervous

System,

20,209-214 34)  Shihara

N,

tion between

Trp64Arg

J Clin Endocrinol 35) 

Shihara

N,

Yasuda

genes

on

Nagai

N, Sakane

pling

K,

Clin. Endocrinol.

Moritani effect

autonomic

protein-1

H, Adachi

T, Tanaka

of the β3-adrenergic

H, Tsuda

receptor

and

K, Seino autonomic

Y(1999)The nervous

associa system

activity.

Metab,84,1623-1627

(2001)Cooperative

36) 

T, Ue

mutation

nervous N,

gene

Ueno

T, Ue

H, Uno

of polymorphisms system

ML,

diminishes

Hamada

Adachi

of uncoupling

T, Nunoi protein

K,

Seino

Y, Yamada

Y, Tsuda

1 andβ3-adrenergic

K

receptor

activity. Int J Obesity,25,761-766 T, Moritani

postprandial

Metabolism,88,5661-5667

M,

T(2003b)The-3826

thermogenesis

A→G

after a high-fat

variant meal

of the uncou

in healthy

boys.

J.

37) 

Ueno

LM,

Moritani

activities and 38) 

Ueno

LM,

Effect

39) 

Miyachi

of aging

Brazil J Med M,

T, Takahashi

artery

K, Yamazaki

stiffness and

T, Miyawaki

賀 利 一,森

宮 脇 尚 志,阿 志,森

T, Nakao

obese

谷 敏 夫,桝

部

cardiac

during

autonomic

nervous

S, Moritani

head-out

田

K(2002)Exercise

women.Int

T(2005)

water

immersion

出,林

幡 兼 成,梶

山

達 也,中

登,勝

prescription

based

upon

J Obesity,26,1356-1362 尾 一 和(2003)運

動 時 にお け る リ ア ル タ

力 科 学,52,295-304

間 寛 和,齋

藤 信 雄,大

島 秀 武,枡

拍 変 動 パ ワ ー 値 か ら み た 新 し い 持 久 性 体 力(THRV体

田

力)の

出,柴

田真

評 価 及 び肥 満 と

満 研 究,9,110-115

浅 野 勝 巳(訳)(1985)栄

43)  American

College

ty of exercise Sci Sports 44) 

恵,八

谷 敏 夫(2003)心

の 関 連.肥 42) 

on

K, Onodera

sensitivity

イ ム で の 心 拍 変 動 解 析 に 基 づ く 至 適 運 動 強 度 の 決 定.体 41) 

training

K, Hayashi

baroreflex

T, Hayashi

activity for middle-aged

大 島 秀 武,志

exercise

Physiol,89,109-114

Biol Res,38,629-637

Moritani

vagal

Matsui

carotid

Shibata

of long-term

sensitivity. Eur J Appl

M,

on

in man.

cardiac 40) 

T(2003)Effects

baroreflex

養 と 身 体 作 業.運 of Sports

動 生 理 学,p.384,大

Medicine(1990)Position

for developing

and

maintaining

修 館 書 店

stand

on

the recommended

cardiorespiratory

muscular

quantity

and

fitness in healthy

qual-

adults. Med

Exerc,22,265-274

森 谷 敏 夫(2003a)生

活 習 慣 病 に お け る 運 動 療 法 の 役 割.リ

ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 医 学 別 冊,40,430-

435 45) 

森 谷 敏 夫(2003b)運

動 に よ る エ ネ ル ギ ー 代 謝 の 変 化.「

肥 満 症 ― 生 理 活 性 物 質 と肥 満 の 臨 床 」,61,

277-282 46)  Amano

M,

Kanda

ty in obese 47) 

Cotman

T, Ue

individuals.

CW,

Berchtold

plasticity. Trends 48) 

Cotman

H, Moritani Med

CW,

T(2001)Exercise

Sci Sports

training

and

autonomic

nervous

system

activi

Exer,33,1287-1291

NC(2002)Exercise

a behavioral

intervention

to enhance

brain

health

and

Neurosci,25,295-301

Engesser-Cesar

C(2002)Exercise

enhances

and

protects

brain

function.

Exerc

Sport

Sci Rev,30,75-79 49) 

Nakai

M,

Harada

Metabolites 50) 

Ikeda

M,

T, Nishijima

sesamin

K, Akimoto Ingested

Y, Shibata

administration

51) Matsumura

on

H,

Protection

diovascular

hypertrophy.

Matsumura

Y, Kita

aortic

rings

K, Shibata Agric

Y, Ohnuki

K, Fushiki

Kiso

Food

W,

K, Furuya

M,

Kiso

Y(2003)Novel

Chem,51

T(2003)Protective

Int J Sports

Oka

deoxycorticosterone

Antioxidative

(6),1666-1670

T, Moritani

lipid peroxidation.

S, Akimoto against

Biol Pharm

H, Miki

Sesamin.J

exercise-induced

Y, Kita S, Morimoto

effect of sesamin:I.

52) 

Nakahara

in Rat Liver with

N, Tanaka

effect of

Med,24,530-534 T(1995)Antihypertensive

acetate-salt-induced

hypertension

and

car

Bull,18,1016-1019

S, Ohgushi R,Okui

T(2000)Effects

of deoxycorticosterone

of sesamin

acetate-salt-induced

on

hypertensive

altered

vascular

reactivity

rat. Biol

Pharm

Bull,23(9),

in

1041-5 53) 

Moritani

T(2004)The

Perspectives―Novel 54) 

森 谷 敏 夫,林

antioxidant

and

Compounds 達 也,木

free

From

radical

Natural

村 哲 也(2003)喫

Hibino nerve

56) 

G, Moritani

T, Fushiki

Y,Ikeda

ingestion

on

using

T, Takamatsu

M,

autonomic

nervous

New

Millennium,

In:B.

Tan(ed),

pp.197-204

煙 科 学 財 団 報 告 書

T(1997)Caffeine

activity in humans:Quantification

Nishijima feine

T, Kawada

effect of sesamin.

in The

煙 に 伴 う 心 臓 自 律 神 経 活 動 動 態 の 変 化 と活 性 酸 素 の 生 成

に 対 す る 新 し い 抗 酸 化 物 質 セ サ ミ ン の 抑 制 効 果.喫 55) 

scavenging

Products

Kiso

power

Y, Shibata activity

enhances

spectral

H, Fushiki

during

modulation

of parasympathetic

analysis. J Nutr,127,1422-1427 T, Moritani

endurance

T(2002)Influence

exercise

in humans.

of caf Eur

J Appl

Physiol,87,475-480 57) 

森 谷 敏 夫(2005)コ

ー ヒ ー の 抗 肥 満 効 果:自

律 神 経 活 動 と エ ネ ル ギ ー 代 謝 亢 進 の 作 用 機 序 の 解 明.

全 日本 コ ー ヒ ー 協 会 報 告 書 58) 

石 光 俊 彦(2004)高

血 圧 性 臓 器 障 害 の 危 険 因 子.日

本 臨 床,62,65-69

59)  Kawada

T, Hagihara

diet.J Nutr, 60)  Kawada on

T, Watanabe

energy

and 61) 

K, Iwai

T, Takaishi

metabolism

substrate

Kreier

utilization. Proc

F, Yilmaz

bolic syndrome. Grekin

A,

on lipid metabolism

in rats fed a high

fat

K(1986b)Capsaicin-induced on

oxygen

β-adrenergic

consumption,

the respiratory

action quotient,

Biol Med,183,250-256

A,

Romijn from

JA,

Sauerwein

activity to food

HP, leads

Fliers

E,

to autonomic

Buijsreier unbalance

RM(2003) and

the meta

Diabetes,52,2652-2656 AP,

for obesity

Stepniakowski

T, Iwai of capsaicin

Soc Exp

Kalsbeek

the equilibrium

RJ, Vollmer

mechanism 63) 

of capsaicin

T, Tanaka

in rats:Influence

Hypothesis:Shifting

62) 

K(1986a)Effects

116,1272-1278

KT,

Sider

RS(1995)Pressor

hypertension.

Goodfriend

effect of portal

venous

lactate infusion.

A proposed

Hypertension,26,195-198

TL,

Egan

BM(1995)Fatty

acids enhance

vascular

α-adrenergic

sen

sitivity. Hypertension,25,774-778 64) 

Marfella

R, DeAngelis

L, Nappo

fatty acid concentrations 65) 

永 井 成 美,坂

根 直 樹,森

の 食 後 血 糖 値,満 66) 

Gross

V, Plehm

baroreflex 67) 

Matsunaga Yasuda vous

R, Tank

T,

in AT2

Nagasumi

in young

D,Siniscalchi

repolarization 食 欠 食,マ

ネ ル ギ ー 消 費 量,及 J, Jordan

J, Diedrich

receptor-disrupted K, Yamamura

K(2005)Association system

cardiac

谷 敏 夫(2005)朝

腹 感,エ

function

F, Manzella

prolong

healthy

of C825T Japanese

T,

Paolisso

G(2001)Elevated

subjects.

Am

A, Obst

ク ロ ニ ュ ー ト リ エ ン トバ ラ ン ス が 若 年 健 常 者

M,

Luftet

尿 病,48,761-770

FC(2002)Heart

rate variability and

Hypertension,40,207-213

N, Nishikino

polymorphism Individuals.

plasma

J Clin Nutr,73,27-30

び 自 律 神 経 活 動 へ 及 ぼ す 影 響.糖

mice. Gu

M,

in healthy

M,

Ueda

of G protein Amer

J Hyperten,

Y, Moritani β3 subunit 18,523-529

T, Aoki

with

N, Tsuda

the autonomic

K, ner

索

引

イ ンス リ ン依存 的糖 輸 送 促 進 あ

行

  24

風 邪   50 活 性 酸 素   146

イ ンス リ ン感 受性   31

活 性 酸 素 種  28

亜 鉛 欠 乏  93

イ ンス リ ン受 容体 基 質1 

ア ク チ ンフ ィラ メ ン ト  81

イ ンス リ ン抵 抗 性  36

カテ コ ラ ミン  110

ア ス トロ サ イ ト  111

イ ンス リ ン非 依存 的糖 輸 送 促 進

カ フ ェ イ ン  27,147

ア スパ ラ ギ ン酸  6 ア ス リー ト  15 ア セ チ ルCoA 

31

カル シ ウ ム依 存 性ATPア

  24 イ ンス リ ン様 成 長 因 子   59,93

ル ボ キ シ ラー

ゼ   104

ーゼ

  88 カル シ ウ ム ポ ンプ  83

5,108

ア セチ ルCoAカ

活 性 窒 素 種   28

運 動 習慣   142

カル シ トニ ン  88

運 動性 貧 血  93,94

カル シ トニ ン 遺伝 子 関 連ペ プチ ド  106

ア セ チ ル カ ル ニ チ ン  102

運 動 直 後 摂 取   16

ア セ ト酢 酸  120

運 動 直 前 摂 取   16

カル シ ニ ュ ー リ ン 62 カル ニ チ ン パ ル ミ トイ ル トラ ン

ア セ トン  120

運 動 トレー ニ ング  38

圧 受容 体 反 射   152

運 動負 荷 試 験   134

ア デ ノ シ ン三 リ ン酸  19,65

運 動療 法   37

ス フ ェ ラ ー ゼ1  104 カル モ ジ ュ リ ン  85

ア ドレナ リ ン  67,108,149

感 染   50

ア ナ ポ リ ック ホ ル モ ン  59

栄 養 機 能 食 品   98

ア ミノ 酸  19

エ ス トロ ゲ ン  89

ア ミノ 酸 サ プ リ メ ン ト  16

エ ネル ギ ー 消 費 量   151

基 質 準 位 の リ ン酸 化  20

γ-ア ミノ 酪 酸   3

エ ネ ル ギ ー 代 謝   5,48,100,107

希 釈 性 貧 血  96

δ-ア ミノ レブ リ ン酸 デ ヒ ドラ

炎 症 性 サ イ トカ イ ン  53

喫 煙   146

ター ゼ   84

肝 臓   4,10,107

喫 煙 習 慣   137

ア ラ ニ ン  6

横 行 小 管   27

虚 血 性 心 疾 患  141

安全 運 動 閾 値  139

2-オ キ ソグ ル タル 酸 デ ヒ ドロゲ

筋 形 質   81

安全 作 業 閾 値   138

ナ ー ゼ  86

筋 原 繊 維   81

ア ン ドロゲ ン  59 ア ンモ ニ ア   2

筋 交 感 神 経 活 動   125 か

行

筋 収 縮   82 筋 小 胞 体   27

胃   111

解 糖 系   101

筋 繊 維   81

イ ソ ク エ ン酸 デ ヒ ドロ ゲ ナ ー ゼ

海 洋 深 層 水   148

筋 タ ンパ ク 質 合 成  12

ガ ウス 分 布   133

筋 タ ンパ ク 質 分 解  14

イ ソ ロ イ シ ン  1 一 酸イヒ窒 素  29

拡 張 型 心 筋 症   139

筋 肉痛   15

イ ンス リ ン  13,30,108

下 垂 体   118

 86

過 酸 化 脂 質   96 クエ ン酸 回 路   5,85

グ リ コ ー ゲ ン  7,32,48,65,73,

抗 炎 症 性 サ イ トカ イ ン  53

視床 下 部  107,113,135

交 感 神 経   124

室 房 核   114

グ リ コ ーゲ ン分 解   107

交 感 神 経 系   114,116

脂 肪 細 胞   135

グ リ コー ゲ ン ホ ス ホ リ ラー ゼ

好 気 的 代 謝   100

脂 肪 酸   19,107

高 血 圧 自然 発 症 ラ ッ ト  145

脂 肪 組 織   109

抗 酸 化 剤   29

脂 肪 燃 焼 率   140

高 周 波 成 分  128

主 観 的運 動 強 度   12

グ リセ ロー ル   109

恒 常 性   124

循 環 調 節   124

グ ル カ ゴ ン  108

甲 状 腺 ホ ル モ ン  57,63

消化管

グ ル コー ス   19,107

香 辛 料 辛 味 成 分  149

情 報 理 論   130

グ ル コー ス-ア ラニ ン回 路  11,

高 速 フ ー リエ 変 換  147

食 塩 味 覚 閾値   152

更 年 期 障 害   146

食 事 誘 発 性 熱 産 生  151

グ ル コー ス-脂 肪 酸 回 路   104

呼 吸 交換 比   49,69

食 欲 調 節 機 能  142

グ ル コー ス ホ ス フ ァ ター ゼ

呼 吸 商  49,69

自律 神 経   124

85,102

  85 グ リ コー ゲ ン ホ ス ホ リ ラー ゼ キ ナ ー ゼ   85

106

  107 グ ル タチ オ ンペ ル オ キ シ ダ ー ゼ   97

 111

骨 亜 鉛  90

自律 神 経 系   108

骨 塩  88

心 筋 脱 分 極 ・再 分 極 時 間  129

骨 格 筋  1

神 経 栄 養 伝 達   143

グ ル タ ミ ン  3

骨 基 質  88

神 経 性 循 環 調 節 機 能  126

グ ル タ ミ ン酸  3,6

骨 吸収  88

心 周 期   130,131

ク レア チ ンキ ナ ー ゼ   15

骨 形 成  88

心 臓   109

ク レア チ ン リ ン酸  67

骨 小 腔   88

腎 臓   111

ク レア チ ン リ ン酸 系   101

骨 粗 鬆 症   89

心 電 図Q-T間

隔   129

ク ロ ス ブ リ ッ ジ  82

骨 マ グ ネ シウ ム   90

心 電 図R-R間

隔   126

コ ハ ク酸-CoQレ

心 拍 加 速 ・減 速  131

血 圧 降 下作 用   141 血 圧 調 節  125 血 圧 調 節 関 連 遺 伝 子 変 異   153 血 圧 波 動 指 数   145

ダ ク ター ゼ 複

合体  87

心 拍 加 速 ・減 速 時 間  130

コ ル チ コ トロ ピ ン放 出 因 子   121

心 拍 変 動 係 数   128,133

コ ルチ ゾ ー ル   107

血 液 ドー ピ ン グ  87 血 液 脳 関 門   11,112

心 拍 の ゆ ら ぎ  127

心 拍 変 動 ス ペ ク トル解 析   127 心 拍 ゆ ら ぎの パ ワ ー  138

さ

行

心 不 全  126

月 経 異 常  90 月 経 前 症 候 群   129

最 大 酸 素 摂 取 量   72,140

膵 臓   110

結 節 乳 頭 核   118

サ イ トカ イ ン  46

ス ー パ ー オ キ シ ドア ニ オ ン  28

血 中 ア ミノ酸 組 成   6

細 胞 内 シ グ ナ ル伝 達   153

ス ポ ー ツ飲 料(ド

血 中 乳 酸   137

サ プ リ メ ン ト  97,98

血 糖 値  149

サ ル コ メ ア  82

α-ケ トイ ソ カプ ロ ン酸  10

酸 化 ス トレ ス  28,95,145

成 長 ホ ル モ ン  59,107

α-ケ トグ ル タル 酸   3

酸 化 的 リ ン酸 化   19

赤 色 筋   83

ケ トン体  107,120

酸 化 物 質   28

セ サ ミ ン  145

嫌 気 性 代 謝 閾 値   137

酸 素 摂 取 量   67

摂 取 タ イ ミ ン グ  15

嫌 気 的 代 謝   100

酸 素 負 債   101

摂 食 中 枢   135

リ ン ク) 76,

91

セ ル ロプ ラス ミ ン  84

セ レ ン  97

トウ ガ ラ シ   149

脳 由 来 神 経 栄 養 因 子   143 ノル ア ドレ ナ リ ン   110

セ ロ トニ ン  11

銅 欠 乏  84,85

セ ロ トニ ン仮 説   45

糖 原性 ア ミノ 酸  11

セ ロ トニ ン トラ ンス ポ ー タ ー の

洞 室 伝 導 時 間   125

選 択 的 阻 害 剤   46 漸 増 運 動 負 荷 運 動  138

は

行

糖 新 生   107 白色 筋   83

糖 代 謝 改 善   140 糖 毒 性   35

白色 脂 肪 組 織   135

相 対 的 占 有 率   131

糖 尿 病性 自律 神 経 障 害   128

発 熱   50

速 筋 繊 維   83

糖 輸 送   21

ハ プ トグ ロ ビ ン 95

ソ マ トメ ジ ンC  93

糖 輸 送 担 体   21

パ ラ トル モ ン 88

特 有 の 香 り  148

バ リ ン  1

た

行

突 然 死   127 トラ ンス ロケ ー シ ョン  22

ヒ ス タ ミン   118

耐 糖 能 正 常 者   152

トリグ リセ リ ド 102,109

ビ タ ミ ンC  96,97

脱 共 役 タ ンパ ク質  135

トリプ トフ ァ ン  11,45

ビ タ ミ ンE  96,97

脱 水   70

トロ ポ ニ ン  81

必 須 ア ミノ酸   1

炭水化物 7

トロ ポ ミオ シ ン  82

ヒ ドロ キ シ ア パ タイ ト  88

男 性 ホ ルモ ン  59

β-ヒ ドロキ シ酪 酸   120

タ ンパ ク質 サ プ リメ ン ト  16

な

行

非 肥 満 児   142 肥 満   36

タ ンパ ク質 摂 取 量   15 内 臓 脂 肪 型 肥 満 者   140

肥 満 関連 遺 伝 子 多 型   128

遅 筋 繊 維   83

内 分 泌 系   113

肥 満 児   142

致 死 性 不 整 脈   129

内 分 泌 代 謝 疾 患   136

肥満 度  136

チ トク ロ ー ム  84

ナ トリ ウ ム  91

肥満 歴   136

チ トク ロ ー ムcオ キ シ ダ ー ゼ複

鉛 中 毒   85

百分 率   130 標 準 偏 差   133

合 体  87 中 高 年 男 性   141

二 次 元 座 標 空 間  134

ピ ル ビ ン酸  5,11

中 枢 神 経 系   113

乳 酸   44

ピ ル ビ ン酸 脱 水 素 酵 素 複 合 体

中 枢 性 疲 労   11

ニ ュー ロ ン  111

中 性 ア ミノ酸 輸 送 体   11

尿 素   2,4

ピ ル ビ ン酸 デ ヒ ドロ ゲ ナ ー ゼ

熱 け いれ ん  92

ピル ビ ン酸 デ ヒ ドロ ゲ ナ ー ゼ ボ

  85

中 性 脂 肪   149 陳 旧 性 心 筋 梗 塞症   139

  8,103

熱 産 生   136

ス フ ア ター ゼ  86

低 周 波 成 分   128

熱 中症   92

疲 労   43

低 ナ トリ ウ ム 血 症  92

熱 疲 憊   92

疲 労 感   44 疲 労 骨 折   89

デ キ ス ト リ ン  76 テス トス テ ロ ン  59

脳  108,111

疲 労 度   43

鉄-イ オ ウ タ ンパ ク質  87

脳 神 経 可 塑 性   143

貧 血   93

鉄 欠 乏  84∼87

脳 脊 髄 液  46

鉄 欠 乏性 貧 血   94

脳 卒 中  149

電 子 伝 達系   87

脳 波 デ イ コ ンポ ジ シ ョン解 析   147

フ ェ リチ ン  84 フ ェ ロ キ ラ タ ー ゼ  84 副 交 感 神 経   124

副 交 感 神 経 系   114,116

無 酸 素 性 作 業 閾 値   71

AMPデ

副 腎 髄 質  110

無 酸 素 的 代 謝  100

AT 

副 腎 皮 質刺 激 ホ ルモ ン  107

ATP 

腹 内側 核   114

迷 走 神 経   125

プ リ ンヌ ク レオ チ ドサ イ ク ル

メ タボ リ ック シ ン ドロ ー ム

 3

  141 メ ッセ ン ジ ャ ーRNA 

分 岐 鎖 α-ケ ト酸  10

免 疫 強 化  142

14

ー ゼ   88

β3作

用   117

β3受

容 体   117

β 酸 化  107

分 岐 鎖 α-ケ ト酸 脱 水 素 酵 素 キ

分 岐 鎖a-ケ

19,65,67,87,100

ATPア

分 岐 鎖 ア ミノ 酸   1,7,45

ナ ー ゼ  7

ア ミナ ー ゼ  3 71

BCAA 

網 状 赤 血 球  95

1,6,7,14

BCAAア

ミ ノ 基 転 移 酵 素   7,10

ト酸 脱 水 素 酵 素 複

合 体  7,10

や

Cペ

行

分 岐 鎖 α-ケ ト酸 脱 水 素 酵 素 ホ ス ファターゼ 8

プ チ ド  30

CaMKK 

薬 理 ブ ロ ッ ク  127

106

CNS 

閉 経   143

有 酸 素 的 代 謝  100

ヘ ム  84

遊 離 脂 肪 酸   67

化 受 容 体  61,63

113

CoQ-チ

ト ク ロ ー ムcレ

ー ゼ 複 合 体  87

ヘ モ グ ロ ビ ン  84 ペ ル オ キ シ ソー ム増 殖 因 子 活 性

Cori回

溶 血   94

CPT1 

溶 血性 貧 血   94

CRF 

房 室結 節   126

ら

26

CGRP 

行

路   106 104 121

F-ア

ク チ ン   81

G-ア

ク チ ン   81

ホ ス ホ フ ル ク トキ ナ ー ゼ  3 ホ メ オ ス タ シス   124

ラ ッ ト  10

ホ ル モ ン感 受 性 リパ ー ゼ  67, 109

ま

行

マ グ ネ シ ウ ム   87 マ ロニ ルCoA 

GABA  GH 

リ モ デ リ ング  88

GLUT 

リ ラ ク ゼ ー シ ョ ン効 果   148

GLUT1 

117

GLUT4 

21,117

レ ジ ス タ ンス 運動(ト

104

慢 性 心 不 全 患 者   139

3

リ ジ ル オ キ シ ダ ー ゼ  91

グ)  17,58

107 21

レー ニ ン HIF-1α

レ プチ ン  117,135

満 腹 感 ス コ ア  150

HSL 

  60 109

hyperplasia 

ロ イ シ ン  1,5,13

hypertrophy 

ミオ グ ロ ビ ン  84 ミオ シ ン  81

欧

文

ミオ シ ン重 鎖   56

IGF 

63

IRS-1 

31

ミオ シ ン フ ィ ラ メ ン ト  81

α作 用  118

ミオ ス タチ ン  59

ACC 

ミ トコ ン ドリア  7

ACTH 

107

LH 

AICAR 

25

LKB1 

AMPK 

25,105,118

無 機 質  148

59

IGF-I 

104 114,116 26

54,59 54,58

ダ ク タ

56

PDH 

Mrf4  55

PDHキ

MHC 

103

mRNA 

14

PGC-1α

mTOR 

63

PI3キ

Myf5  55 Myod 

  61,63 ナ ー ゼ   31

Poly-Ｉ:C 

55

myogenin 

55

PPAR-α

  63

PPAR-γ

  61

PVH 

NADH-CoQレ 体   87 NO 

29

SSRI 

114

51

T管

72

  22,27

TCA回

路   19,85,102

TGF-β

  46,119

TMN 

118

UCP1遺

伝 子 変 異   151

ダ ク ター ゼ 複 合 RPE 

71

RQ 

69

SR 

27

VMH 

W-7 

OBLA 

46

ナ ー ゼ   103

114,116

27

編 者 略 歴 伏

木

亨(ふ

しき ・とお る)

1953年  京都府 に生 まれ る 1980年  京都大 学大学院農学研究科博士 課程 修了 現 在 京都大 学大学院農学研究科教授 農学博 士

運動 と栄 養 と食品 2006年11月25日

  初 版 第1刷

2007年7月30日

 

定価 は カバー に表示

第2刷

編 者 伏

木

発行者 朝

倉

会社  発行所  株式 朝

亨 邦

造

倉 書

店

東 京 都 新 宿 区新 小 川 町 6-29 郵

便

電

話 03(3260)0141

FAX 

〈 検 印省 略〉 C2006〈 ISBN

号  162-8707

03(3260)0180

http://www.asakura.co.jp シナ ノ ・渡 辺 製 本

無 断 複 写 ・転 載 を 禁 ず 〉 978-4-254-69041-5

番

C3075

Printed

in Japan