【運動生理学】トレーニングに伴う身体の変化を徹底解説!

「トレーニングを始めてどのくらいから筋力がつくの?」
「トレーニングで具体的に体がどう変わるか教えてほしい。」

あなたはトレーニングを指導しているときにお客さんから何気なく聞かれた質問に上手く答えられなかった経験はないでしょうか?

トレーナーにとって、トレーニングが身体にどんな変化を与えるか理解することはとても重要です。曖昧な知識ではなく、運動生理学に基づいてトレーニング効果を説明することができれば、顧客はあなたを信頼してくれるはずです。

今回は、運動生理学の観点から、トレーニングに伴う身体の変化について徹底解説を行っていきます。

運動生理学とは

そもそも運動生理学とはどういった学問なのでしょうか。

運動生理学は「運動によって体にどのような変化が生じるのか、その現象と仕組みを研究する学問」であり、20世紀後半から活発に研究が行われるようになりました。

人生100年時代となり、健康への意識がより高まっている現代においては、運動生理学の研究はますます重要視されています。研究者たちは、運動が身体に与える影響を理解して、疾患の治療や予防へと役立てることを目指しています。

運動生理学の分野は多岐にわたりますが、大きく分けると以下に分類できます。

1. 筋骨格系への影響
2.神経系への影響
3.循環器系への影響
4.内分泌系への影響

ここからは、各分野に関する運動生理学の知識をまとめていきたいと思います。

筋骨格系への影響

まずは最も基本的な運動生理学として、筋骨格系の変化を整理しましょう。

1.筋線維の肥大

筋肉は筋線維と呼ばれるひも状の細胞が束となって構成されています。
この筋線維がトレーニングによる負荷で一部損傷し、修復することで筋線維は肥大します。
これがトレーニングにより筋が肥大するメカニズムになります。

特に、筋線維の中でも収縮速度が速い速筋線維は、収縮速度が遅い遅筋線維と比べると、筋力トレーニングによる筋線維の肥大率が大きいことがわかってます。

最大筋力は筋肉の段面積にほぼ比例するので、筋肉が肥大して断面積が増せば当然筋力も増加します。トレーニングによって筋力が増加する要因の一つとして、この筋肥大の影響があります。

2.筋線維数の増加

筋線維の中には衛生細胞と呼ばれる細胞が存在し、この細胞は筋線維へと分化する能力を有してます。筋力トレーニングによって、衛生細胞が筋線維に分化する動きが促進されることが分かっています。このようなに筋線維数が増加することでも、筋肥大が生じると考えられています。

しかし、筋力トレーニングによる筋線維数の増加は数%以内に留まるため、筋線維数の大部分は先天的な要因によって決まっていると考えれています。

3.骨密度の増大

筋肉と同様に、骨もトレーニングによって変化します。

骨は生きている組織で、破壊と修復をバランスよく繰り返すことで骨を丈夫に保ちます。
この働きを骨のリモデリングと呼びます。

筋力トレーニングや骨に衝撃を与える運動(ランニングやバスケットボールなど)は、骨のリモデリングを促進し骨を強化する効果があることがわかっています。

もちろん、過度に負荷を与えすぎると、骨の修復が追いつかずに疲労骨折などの障害を招くので注意が必要です。

神経系への影響

次に、運動が神経系に与える影響を整理しましょう。

筋肉を支配している神経は、運動神経または運動ニューロンと呼ばれます(この記事では運動ニューロンと呼びます)。

この運動ニューロンを構成する神経線維は、特定の筋肉に達するとそこで幾重にも分岐して、1本の筋線維につながってます。1つの運動ニューロンが興奮して電気信号を送ると、それが支配する複数の筋線維が全て収縮します。この運動ニューロンとそれが支配している筋線維群をセットにして運動単位と呼びます。

運動単位は筋力の発揮に大きく影響します。私たちは、発揮したい筋力に応じて、参加する運動単位の数を変化させているのです。強い力を発揮したいのであれば、多くの運動単位を参加(運動単位の動員)させるように私たちの脳は命令を下します。

この運動単位の調節が筋力トレーニングによって改善します。

筋力トレーニングをはじめたばかりの初期では、本人が力を最大限発揮したつもりでも、すべての運動単位が動員されているわけでなく、一部の運動単位は活動していません。つまり眠っている筋線維が存在するということです。

それが筋力トレーニングを続けると、今まで活動していなかった運動単位が新たに動員することができるため、強い力が発揮できるようになります。

また、多くの運動単位をバラバラに活動させても強い力は発揮できませんが、筋力トレーニングを行うことで、運動単位をほぼ同時に活動させること(運動単位の同期化)もできるようになります。

この運動単位の動員と同期化は、筋力トレーニングの初期(およそ2週間程度)で起きると言われてます。この変化は、先述した筋線維の肥大化が起きるよりも早いです(筋線維の肥大は1ヶ月程度)。つまり、筋力トレーニングの初期に生じる筋力強化は、このような神経系の改善が最大の要因であると考えられています。

循環器系への影響

続いて循環器系への影響を整理しましょう。

心臓は血液を循環させるポンプの役割をしており、心臓が1分間に送り出すことができる血液の量を心拍出量と言います。

心拍出量は「1回拍出量×心拍数」で表すことができます。
運動を行うと、心拍数は運動強度に比例してほぼ直線的に増加しますが、1回拍出量は110〜120mLまで増加しそれ以上は増加しません。

持久的なトレーニングは、心臓を肥大させることで最大1回拍出量を増大させることがわかってます。一方で、トレーニングにより1回拍出量が増大するため心拍数はやや低下します。

また、持久的なトレーニングは毛細血管にも影響を与えます。

毛細血管は、筋線維の間を縫うように走っており、筋線維の酸素供給を行ってます。
この毛細血管は比較的短期間(8週間程度)の持久的なトレーニングでも数十%その数が増加することがわかってます。このような変化により筋肉への酸素供給をスムーズに行うことができるようになるのです。

内分泌系(ホルモン)への影響

最後に、運動が内分泌系(ホルモン)に与える影響を整理しましょう。

トレーニングによって影響を受ける最も代表的なホルモンの一つとしてインスリンが挙げられます。

インスリンは、糖の代謝を調節することが主たる役割であり、末梢組織、特に筋におけるグルコースの取り込みを促進し、血中グルコース濃度を低下させます。

血中のインスリン濃度が同じであっても、筋がグルコースを取り込む速度が速い人と遅い人が存在します。この取り込む速度が速い場合をインスリン感受性が高い、取り込む速度が遅い場合をインスリン感受性が低いと言います。

インスリンの感受性が低ければ、血糖値は当然低下しにくくなります。このインスリンの感受性が大きく低下しているのが、生活習慣病の代表である2型糖尿病です。2型糖尿病は進行すると、血管障害、失明、腎不全など様々な合併症を引き起こす恐ろしい病気です。

運動には、インスリン感受性を高める効果があることがわかってます。日常的な運動は、インスリン感受性を高めるため、2型糖尿病の効果的な予防・治療法となります。

また、定期的な運動はインスリンが関与しない経路のグルコース取り込み能力(インスリン非依存性糖輸送)も高めることがわかっており、こういったメカニズムからも糖尿病の治療法として有効であると考えられています。

まとめ

いかがだったでしょうか。運動生理学の観点からトレーニングが身体に与える影響について理解することができましたか。今回紹介した内容は、運動生理学の教科書にも載っているような基本の内容ですので、運動を指導するのであれば、一通り理解して説明できなくてはいけないでしょう。

先述した通り、この分野については現在も多くの研究がなされております。これまで明らかになっていなかったことが今後どんどんわかっていく可能性が高いです。したがって、現在までに整理された知識を押さえつつ、最新の知識もアップデートする必要があるでしょう。運動生理学に基づいた説得力のあるトレーニングを行い、顧客から信頼されるトレーナーを目指しましょう。

 

 

 

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