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エネルギー代謝から考える「なぜ身体は動くのか」

エネルギー代謝から考える「なぜ身体は動くのか」

こんにちは!

みなさん生きてくにあたって必ず何かしら動いていますよね?
歩くもそうですし、立つ座るもそうです。

さらに最近では運動不足の人もたくさんいると思います。
そもそも運動とはかなり身体を動かしていますよね。

ではどのようにして身体は動いているのか。
それをエネルギー代謝の考え方からご紹介します!

この基礎知識を抑えれば、トレーニングの効果を向上させたり、ダイエットに対しての運動方法にも応用することができますよ!

身体内のエネルギー代謝機構

身体は生命を維持するために、さまざまな系に別れて活動を続けています。
身体が活動するためには、常にエネルギーを作らなければいけません。
運動時だけではなく、寝ている時も読書をしている時も、活動に必要なエネルギーを作り出すために、体内ではエネルギー源を燃焼しているのです。
特に生体内のエネルギー代謝に注目して、基本的な代謝系のメカニズムについて説明します。

エネルギーを得るために、人間は体内でアデノシン3リン酸(ATP)を分解しています。
ATPはアデノシンにリン酸が3つ結合した物質です。
このATPを分解すると、リン酸(P)が1つ外れてアデノシン2リン酸(ADP)となり、この家庭でエネルギーが放出されます。
生体はこのエネルギーを利用して、生命維持に不可欠な活動を行なっているのです。

生体の活動に必要なATPは、エネルギー代謝のメカニズムによって供給されています。
それら3つのの代謝機構はそれぞれ、ATP-CP系解糖系有酸素系と呼ばれています。
これらの代謝機構はエネルギー源となる物質、作られるエネルギー料、エネルギーを得る家庭がそれぞれ異なります。
特に運動では、運動の強度時間エネルギー代謝能力によって、3つの代謝系の貢献割合が調整されます。
つまり、エネルギー代謝系を理解することは、トレーニングを組み立てる上でとても重要となります。

ATP-CP系

①ATP→エネルギー+ADP+P
ATPをADPとPに分解することでエネルギーが得られます。
この分解はミオシンATPaseという酵素で触媒されます。

②ADP+P+Cr→ADP+CP
分解された後のPとクレアチン(Cr)が結合して、クレアチンリン酸(CP)となります。

③ADP+CP→ATP+Cr
クレアチンリン酸のリン酸がADPに結合することによって、ATPが作られます。
この過程はクレアチンキナーゼという酵素によっておこります。

運動など多くのエネルギーを必要とする場合には、骨格筋では、ATP-CP系代謝機構によって短時間に、大きなエネルギーを得ることができます。
運動時には、エネルギー源であるATPの量を維持することが重要です。
そのため生体内には、ATPの合成を促進するさまざまな連絡経路が存在します。
例えばADP濃度の上昇によっても、ATPの合成は向上します。
一方、急激なリン酸の増加やクレアチンリン酸の低下などは、ATP合成を阻害する可能性があり、パフォーマンスを低下させる原因の1つとも考えられています。

解糖系代謝機構

解糖系は体内の糖質(グリコーゲンやグルコース)を分解することによって、ATPを産生します。
骨格筋における解糖系は筋細胞内で行われ、各種酵素によって多くの段階を経由します。

解糖の第一段階では、筋内に貯蔵した筋グリコーゲンや、筋外から筋肉に取り込まれたグルコース(血糖)を分解します。
筋グリコーゲンは特に速筋繊維に多く、遅筋繊維ではグルコースを積極的に取り込みます。
筋グリコーゲンは、まずホスホリラーゼという酵素によって分解されます。
一方、グルコースは必要に応じて肝臓から放出されて血液を循環しています。
このグルコースは、骨格筋細胞膜に存在するグルコース輸送担体(GLUT4)によって筋内に取り込まれ、ヘキソキナーゼという酵素によって分解されます。

そののち、筋グリコーゲンとグルコースはどちらもグルコース6リン酸に転換され、以後様々な酵素によって分解されながら、同じ代謝経路をたどります。
そして最終段階では、ピルビン酸から乳酸に分解されます。
この反応は乳酸脱水素酵素(LDH)が促進します。

この解糖系の活性化・抑制に関与する因子は、エネルギーの必要料及びATP需要、ADP濃度やpH、有酸素系代謝の活性などであります。
これらさまざまな要因によって、解糖系の律速酵素やGLUT4が調整され、解糖系代謝をコントロールしています。

有酸素系代謝機構

有酸素系代謝はミトコンドリアで行われ、そのエネルギー源となる物質は、糖質と脂質です。
糖質の利用は解糖系代謝によってアセチルCoAに変換され、ミトコンドリアへ移動する点から始まります。
一方、資質は脂肪細胞などから遊離脂肪酸(FFA)として血液循環へ供給されます。
FFAもグルコースと同様に活動する骨格筋に取り込まれます。
現在、骨格筋細胞膜には数種類の脂肪酸輸送タンパク質が発見されています。
また一方で、骨格筋内にも筋中脂肪が存在します。
これらの脂肪はβ酸化によってアセチルCoAへ変換されます。
有酸素系代謝の起点であるアセチルCoAは、ミトコンドリア内のさまざまな酵素によって変換されます。
この流れをTCAサイクル(クエン酸回路、クレブス回路とも)呼ばれます。
ここで得られたエネルギーを利用してATP合成が行われます。

またこの代謝過程において産生された水(H)やニコチンアミド・アデニンジヌクレオシド(NAD)は有酸素系代謝の中間物質と連動しており、ミトコンドリア内で電子を供給しながら、エネルギー産生を行なっています。
これを電子伝達系と呼びます。
電子伝達系を考慮した上で、TCAサイクルを経てエネルギー気質が水と二酸化炭素に分解された場合、骨格筋では糖質の有酸素系代謝によって36ATPが合成されます。
一方脂質(パルチミン酸)の有酸素系代謝では129ATPが合成されます。
安静時などでは、この有酸素系代謝によってATPが合成されています。
運動時では解糖系と相互調整してエネルギーを生み出しています。

まとめ

人間が生きるうえでエネルギーは必要不可欠のものであります。
ATPがADPに分解された際に放出されるエネルギーが使われます。
生体の活動に必要なATPは、エネルギー代謝のメカニズムによって供給されています。
それぞれ、ATP-CP系、解糖系、有酸素系の3つがあります。
運動時には強度、時間、本人の代謝能力によって決まってきます。

つまり目的に対してどのエネルギー供給機構を利用してトレーニングするかが変わってきます。
バリバリ筋トレする人がクレアチンを摂取したり、痩せたい人が脂肪をエネルギー源とする有酸素系代謝を利用しようとするのはこれらが理由です

ぜひ参考にしてみてください!

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