筋力発揮のメカニズム

筋力発揮のメカニズム

こんにちは!

前回の投稿で筋肉そもそもについてご説明しました。
今回はそんな筋肉がどのようにして動くのかということを説明していきます!

筋活動の調整と興奮-収縮関連

筋繊維内には、エネルギー源であるATPが常にほぼ一定量存在します。
したがって、筋活動をオンにしたりオフにしたりするのはATPの量的変化はなく、ほかの要因にあります。
この役割を果たしているのがカルシウムイオンです。
静止状態では、筋形質内のカルシウムイオン濃度は極めて低く、筋繊維が興奮して活動するときには静止状態の濃度の約100倍にまで増加します。
カルシウムイオンは細いフィラメント上にあるトロポニンに結合し、細いフィラメントの微細構造が変化してミオシン頭部と結合できるようになります。

単収縮と強縮

実験場、1個の活動電位を筋繊維に生じさせたときに起こる1回の短い収縮を短収縮と呼びます。
一方繰り返し刺激によって、一連の活動電位を生じさせたときに起こる収縮を強縮と呼びます。
さらに低頻度の活動電位によって起こり、それぞれの短収縮のピークが分離しているものを不完全強縮、高頻度の活動電位によって起こり、張力発揮が滑らかなものを完全強縮と呼びます。
生理的条件下での生体内の筋活動は通常すべて強縮です。

筋繊維タイプ

筋繊維は大きく、速筋繊維(FT繊維)と遅筋繊維(ST繊維)とに分類されます。
FT繊維は短収縮は速く、その張力も大きいもの、ST繊維は短収縮が遅く、その張力は小さいものであります。
最大強縮における断面積あたりの張力もFT繊維の方が大きくなります。
一方ST繊維は有酸素性代謝能力が高く、持久力に優れています。繊維内の酸素運搬にかかわるミオグロビンや、ミトコンドリアでのエネルギー産生にかかわるチトクロームなど、赤色の色素タンパク質を多量にもつため、外観上赤みを帯びていることから、赤筋繊維とも呼ばれます。
FT繊維はこれらの色素タンパク質が少なく、白筋繊維とも呼ばれます。
FT繊維とST繊維は特殊な染色法やミオシン分子種の違いによる識別法に基づき、さらに細かくタイプ分けされています。
染色法と力学的特性に基づく一般的な標記法では、遅筋繊維はタイプⅠ繊維、速筋繊維をタイプⅡ繊維と呼びます。
タイプⅡ繊維はさらに、最も収縮速度が速く、持久力に乏しいタイプⅡb繊維と、タイプⅠとタイプⅡとの中間的で、オールマイティーな性質をもつタイプⅡa繊維とに分けられます。

運動単位の動員様式

一般にST繊維を支配する運動神経は、その細胞体が小さく、興奮の域値が低く、運動単位に含まれる筋繊維の数も少ないという特徴をもちます。
反対にFT繊維を支配する運動神経は、その細胞体が大きく、興奮の域値が高く、運動単位に含まれる筋繊維の数も多いです。
通常の筋力発揮を行った場合、まずはサイズが小さく、動員域値の低いST繊維の運動単位から優先的に動員され、筋力発揮のレベルの大きなFT繊維の運動単位が付加的に動員されていきます。
これを「サイズの原理」と呼びます。
レジスタンストレーニングにおける筋繊維の動員様式も、基本的には負荷強度の大小に応じ、サイズの原理にしたがって変動します。
一方伸張性筋活動やクイックリフトなどの場合にはサイズの原理に反してFT繊維から優先的に動員されると考えられています。

筋活動の様式

筋の主な活動様式には等尺性(アイソメトリック)、等張性(アイソトニック)、等速性(アイソキネティック)の3つがあり、それぞれに対応したトレーニング法があります。
アイソメトリックは筋の長さが一定のもとで張力発揮を行うもの、アイソトニックは張力が一定のもとで短縮・伸張を行うもの、アイソキネティックは短縮・伸張測度が一定のもとで張力発揮を行うものです。
トレーニングの場合にもそれぞれに準じた動作様式に対応してアイソメトリックトレーニング、アイソトニックトレーニング、アイソキネティックトレーニングと呼びます。

力と短縮速度

等張力性および等速性筋活動では、張力と短縮速度とは互いに反比例し、双曲線で近似される関係を示します。
これを力-速度関係と呼びます。

短縮と伸張

等張力性および等速性筋活動で、筋が張力を発揮しながら短縮する場合を短縮性筋活動(コンセントリックアクション)、逆に張力を発揮しながら強制的に伸張される場合を伸張性筋活動(エキセントリックアクション)と呼びます。
トレーニング動作では前者は負荷を挙上する動作、後者はブレーキをかけながら負荷を下ろす動作に対応します。
一般に、伸張性筋活動は短縮性筋活動に比べ、より大きな筋力発揮が可能であります。
伸張性筋活動ではあた、サイズの原理に反してFT繊維から優先的に動員されると考えられています。
このため、トレーニング全般においては、伸張性筋活動を十分に利用すること、すなわち、負荷を下ろすときにも十分に筋力を発揮することが重要となります。
またやや特殊なトレーニングとして、伸張性筋活動に重点をおいた方法があり、エキセントリックトレーニングとも呼びます。
一方、伸張性筋活動は、筋繊維の微小な損傷を引き起こし、遅発性筋痛を誘発する原因となります。

筋力を決める要因

身体が随意的に発揮できる最大筋力を決める要因には筋横断面積、神経系の機能、筋に占めるFT繊維の割合、の3つがあります。
このうちFT繊維の割合は主に遺伝的に決定され、レジスタンストレーニングによって大きくは変化しないので、トレーニングの主目的は筋肥大と神経機能の改善の2点に集約されます。

まとめ

今回は筋肉がどのようにして動くのか、またその種類などについて説明しました。
なかなか難しい内容になりますがトレーニングを勉強したい方はぜひ一読ください!

大阪江坂カラダ改善専門パーソナルトレーニングジム
ARROWs
代表 西川朋希