筋を科学する

はじめに

 筋の基礎知識とトレーニングとして，講演の中では，1．筋

の構造と機能，2．筋力増加のメカニズム，3．パワートレーニ

ングとスロートレーニング，4．筋力トレーニングの実際の 4

つの内容に関して述べた。

 筋の構造と機能と筋力トレーニングの実際に関しては，他で

も紹介しているので

1）2）

，本稿では，筋力増加のメカニズムに

ついて筋の形態学的要因と神経学的要因に分けて詳しく説明す

る。さらに，パワートレーニングとスロートレーニングに関す

る最新の文献を紹介する。

筋力増加のメカニズム

 筋力トレーニングはパフォーマンスの向上，筋骨格系の機能

改善などを目的に広く実施される。筋力トレーニングによる筋

力増加の要因は，形態学的要因と神経学的要因に大別すること

ができる。

1．形態学的要因

1）筋サイズの変化

 筋力トレーニングの継続により筋サイズの増加が起きること

はよく知られている。MRI や CT，超音波といった機器を使っ

た研究により，解剖学的断面積（anatomical cross ‒sectional

area：以下，ACSA）が比較的短期間の筋力トレーニング（8

∼ 12 週間）により増加することが知られている

3‒6）

。MRI は

その解像度の高さゆえに ACSA の測定に最適とされており

7）

，

近年頻繁に使用されている。Narici らは 6 ヵ月間というより長

期的な研究での高負荷筋力トレーニングによる筋力，ACSA，

主動作筋の筋活動の変化を調べた

8）

。図 1 からわかるように，

筋肥大はトレーニング開始時から直線状に生じており，6 ヵ月

の間にプラトーに達することなく，増加し続けている。さら

にトレーニング開始から 2 ヵ月目以降は，大腿四頭筋筋力と

ACSA は平行して増加している。筋肥大はいずれ減速するかプ

ラトーに達すると考えられているが，Alway ら

9）

は，経験 5

年以上のボディビルダーを対象とした 24 週間の筋力トレーニ

ングの研究で，上腕二頭筋の ACSA は変化しなかったと報告

している。対象がよくトレーニングされたボディビルダーであ

れば，さらにトレーニングを行っても筋の肥大が起こらないこ

とから，筋肥大の限界は存在すると考えられる。

 多くの研究で ACSA を筋の一点のみで測定し，筋サイズの

指標として使用している。しかし近年の研究により，一点のみ

の筋断面積の測定結果は多点の測定結果と比較して信頼性が低

く，大まかな変化を予測する場合にのみ有効であることが報告

された

10）

。理論的には，筋線維の走行方向に垂直な生理学的

断面積（physiological cross ‒sectional area：以下，PCSA）が

筋の収縮力評価に有効であると考えられる。しかし，PCSA を

正確に測定するには，筋ボリュームや羽状角の評価，筋長の推

測

11）

など，様々な課題がある

12）

。PCSA を測定する代わりに，

いくつかの研究では，筋力トレーニング後の筋体積の測定を

行っている

13‒15）

。どの測定方法が筋力の評価にもっとも適切

かについては結論がでていないが，Fukunaga ら

16）

は PCSA

と筋体積のほうが，ACSA と比べて関節のピークトルクとの相

関が高いと報告している。

2）上肢と下肢のトレーニング効果の違い

 トレーニング歴のない対象者の場合，筋力トレーニングによ

筋を科学する

＊

─筋の基礎知識とトレーニング─

市 橋 則 明

＊＊

スタンダードセミナー

＊

Muscle Science: Basic Knowledge of Muscles and Strength Training

＊＊

京都大学大学院 医学研究科人間健康科学系専攻 （〒 606‒8507 京都市左京区聖護院川原町 53）

Noriaki Ichihashi, PT, PhD: Human Health Sciences, Graduate School of Medicine, Kyoto University

キーワード： 筋力増加のメカニズム，スロートレーニング，パワー トレーニング

図 1  トレーニング開始後 6 ヵ月間の等尺性筋力（●印），

積分筋電図（□印）と大腿四頭筋の解剖学的筋断面

積（▲印）の推移文献 8）より改変引用

る筋肥大効果は，上肢の筋力の方が，下肢筋力と比較して大

きいことがわかっている

17）18）

。標準的なトレーニングを実施

した場合，Welle らは，肘関節屈筋の ACSA は若年者で 22％，

高齢者で 9％増加したのに対し，膝関節伸筋はそれぞれ 4％と

6％の増加しか見られなかったと報告した

19）

。超音波を利用し

て筋厚を測定した研究でも，標準的な筋力トレーニングの効果

は上肢の筋についての方が大きいと報告されている

6）

。この理

由として，下肢の筋力，特に大腿四頭筋や下腿三頭筋は抗重力

筋であり，上体の筋と比べて日常生活の中で，持続的，かつ，

比較的高負荷で活動しているため

18）

，筋力トレーニングにあ

まり反応しないのではないかと考えられる。

3）選択的肥大

 全体的な筋肥大の程度は，筋間や，同じ筋でも筋の長軸上の

部位により異なることが知られている

4）20）

。たとえば Housh

らは，大腿四頭筋の筋力トレーニングにより，大腿直筋では

大腿中央で 23.2％の筋肥大が得られたのに対し，外側広筋で

は 7.5％しか肥大しなかったと報告している（図 2）

4）

。また

Narici ら

8）

は，大腿直筋の筋肥大はその長軸上の部位により

10 ∼ 50％までの幅があったと報告している。彼らは，筋肥大

は各部位の負荷や筋活動の違いに大きく影響され，このことは

同時にエクササイズの種類や筋各部のメカニクスの影響を受け

ることになるとしている。たとえば，大腿四頭筋の 4 つの部位

では，それぞれ長さ−張力関係が異なり，したがって各角度で

のトルク発揮も異なると考えられる。いくつかの報告は，大腿

四頭筋や上腕二頭筋の筋肥大はもっとも太い部分（たとえば大

腿中央部）で最大となるとしている

5）13）

。他方で，筋の近位

部とする報告や

20）

，遠位部とする報告

8）

がありこの違いは実

施したエクササイズの違いによるのかもしれない。Kanehisa

ら

21）

経験をつんだジュニアのウエイトリフティング選手（平

均年齢 16.4 歳）を対象として 18 ヵ月間にわたり大腿四頭筋の

変化を追跡し，膝から 30％大腿長上で 31％の筋肥大が認めら

れたものの，50 ∼ 70％大腿長上では変化が認められなかった

と報告している。

4）羽状角の増加

 筋線維の羽状角が増加すると，同じ ACSA あたりの筋線維

の密度が増加する（いい換えれば PCSA が増加する）が，それ

ぞれの線維から腱に伝わる力は，角度が増加することにより低

下する。このように羽状角の力への影響は，2 つの条件（密度

の増加とメカニカルな不利益）の兼ね合いにより決定される。

Alexander ら

22）

は，計算を行い，一定の大きさの筋が発揮す

る力は，その羽状角の 2 倍の正弦（サイン）に比例すると報告

した。この結果にしたがうと，理想的な羽状角は 45°となる。

 多くの研究が，筋サイズの様々な指標と羽状角との間に関連

性があることを報告している

23）24）

。このことから，羽状角の

増加も筋肥大の一因と考えられる。Aagaard ら

12）

は 14 週間

の大腿四頭筋の筋力トレーニング後に外側広筋の羽状角が 8.0°

から 10.7°に変化したと報告している。羽状角の増加が PCSA

の増加を促進し，等尺性筋力の増加（+16％）は ACSA や筋ボ

リュームの増加（+10％）以上であった。上腕三頭筋の筋力ト

レーニングでも羽状角が増加することが，10 週間の筋力トレー

ニング（17.0 ∼ 19.2°，+16％

25）

），16 週間の筋力トレーニング

（16.5 ∼ 21.3°，+29％

26）

）で報告されている。Reeves ら

27）

は，

14 週間の筋力トレーニング後に安静時の外側広筋の羽状角が

28 ∼ 35％増加すると報告した。さらに彼らは最大等尺性収縮

中の羽状角も測定し，トレーニングにより 10 ∼ 16％増加する

ことを報告した。

 このように，筋力トレーニングにより羽状角が増加するとい

う強いエビデンスが存在し，ほとんどの筋で羽状角は理想とさ

れる 45°より狭いことから，羽状角の増加は筋力の増加にかな

り貢献すると考えられる。

図 2  8 週の等速性高負荷トレーニング後の大腿四頭筋の選択的肥大筋肥大の程

度は四頭筋中の各筋により異なり，また同一筋の中でも測定位置により異

なる．文献４）より改変引用

   ACSA ＝解剖学的筋断面積；Lf ＝大腿骨長；RF ＝大腿直筋；VI ＝中間広筋；

VL ＝外側広筋；VM ＝内側広筋

2．神経学的要因

 一定期間のトレーニングによりタスクに特異的な筋力増加が

起こることや，固有筋力（断面積あたりの筋力）の増加が起こ

ることから，筋力トレーニングに対する神経学的適応は重要で

あると考えられる。神経学的適応とは，リクルートメント，発

火頻度の増加，関係する筋の協調性の変化や学習を指す。

1）トレーニング適応の特異性

 神経学的要因の存在を示す証拠として，多くの筋力トレーニ

ングの研究から，動的な筋力増加が（1RM）が等尺性筋力の

増加よりも大きいことが挙げられる

28）29）

。これらの結果が，

トレーニング課題実施の際に特異的な学習が起こることを意

味することはあきらかである。このような課題特異性には課

題に特有の姿勢調節も関係する。ヒトが力を発揮するために

は，体の各部で支持基盤をつくるように各筋が働くことが不可

欠である

30）

。トレーニング後の筋力と筋パワーの増加は実施

された姿勢に特有のものであり

31）

，固定筋やその収縮連鎖は，

同じようなエクササイズを行っても異なる可能性がある

29）

。

Nozaki らは

32）

，一見直線的な関節運動と考えらえる動作（膝

伸展など）でも，試行間，被験者内，被験者間で，筋間の協調

性や隣接する筋の活動に差があることを報告しており，このこ

とはシンプルなタスクでも筋力を発揮するにはスキルが必要な

ことを示していると考えられる。

2）クロスオーバー（交叉性）トレーニング効果

 片側の筋力トレーニングによって反対側の筋力が増加するこ

とに関しては，いくつも報告がある

33）

。これらの報告は，筋

力トレーニングの神経学的適応という仮説を支持する

34）

。し

かし，いくつかの報告ではクロスオーバー効果はないとしてい

る

3）35）

。トレーニングによるクロスオーバー効果にはトレー

ニング時の非トレーニング側の支持あるいは非トレーニング側

の固定の影響があるともいわれている

36）

。しかし，非トレー

ニング側の筋活動は MVC の 15％程度でしかないとの報告もあ

る

37）

。一方で，たとえば一側の股関節筋をトレーニングする

場合，体幹筋も共同筋としてトレーニングすることになり，体

幹筋のトレーニング効果が対側の股関節筋の筋力増加に影響を

及ぼす可能性もある。

 筋力トレーニングの開始時期は，筋内の正しいコーディネー

ション（固定筋，共同筋，拮抗筋）を学習する時期であると考

えられる

29）

。さらに，一度学習するとこの学習結果はもう一

方の側でも有効なのかもしれない

38）

。このトレーニングのク

ロスオーバー効果は筋活動レベルと速度に特異的であるとの報

告もある

39）40）

。この学習効果の程度は，それ以前の対象者の

活動レベルやトレーニング課題に関する協調性 / スキルのレベ

ルに依存しており，このことがクロスオーバー効果の多様性の

一因となっていると考えられる。

3）イメージトレーニング

 いくつかの筋では，純粋に中枢神経系の適応といい得る，筋

収縮をイメージすることによって筋力が改善するとの報告が

ある

41）42）

。小指外転筋

41）

，手内筋と背屈筋群

43）

で実際のト

レーニングとイメージングとで同様の効果が認められ，コント

ロール群と比較して筋力増加の程度が大きかった。Zijdewind

らは

42）

，足関節底屈筋の筋力の変化を 7 週間のイメージング

実施群，低負荷トレーニング実施群，対照群で比較した。その

結果，イメージング実施群で，対照群（14％）や低負荷トレー

ニング実施群（13％）より大きな増加（36％）が得られた。一

方，Herbert ら

44）

は同様の実験を肘関節屈筋で行い，イメー

ジングによるトレーニング効果はトレーニングを実施しなかっ

た対照群と差がなかっただけでなく，トレーニングを実施した

群より有意に低かったとしている。

4）拮抗筋の同時活動

 運動中の拮抗筋の活動レベルは，運動速度や可動範囲など

様々な要因に影響される

45）

。拮抗筋の同時収縮は，収縮した

程度に応じて筋力が低下するだけでなく，相反抑制によって主

動作筋の活動を抑制する。横断的な研究により，トレーニング

を積んだアスリートでは，トレーニングをしていない者より同

時収縮の程度が低いことが示されている

46）47）

。Carolan ら

48）

は等尺性膝伸展の筋力トレーニングの最初の 1 週間は拮抗筋の

筋活動低下が著しいことを報告している。Hakkinen ら

49）

は，

6 ヵ月間の膝伸展筋の筋力トレーニング後に，高齢者ではハム

ストリングスの同時収縮が低下することを報告している。その

一方で，9 回の背屈筋の筋力トレーニング後

50）

や，14 週間の

膝伸展筋の筋力トレーニング後

27）

に拮抗筋の活動レベルに変

化が認められなかったとの報告もある。しかし，もっと複雑な

多関節運動や全身運動では拮抗筋の活動レベルはもっと高く，

筋力トレーニングによる変化の程度ももっと大きい可能性が

ある。

パワートレーニングとスロートレーニング

1．パワートレーニング

 日常生活動作の能力には，筋力よりも筋パワーが関与する

との報告があり，筋パワーは死亡率に関連するとの報告もあ

る

51）

。さらに，加齢に伴い，筋パワーは筋力よりも低下率が

大きくなるともいわれている

52）

。

 筋パワーを増加するためのトレーニング（以下，パワート

レーニング）については 1990 年代後半より多くの研究が行わ

れるようになった。筋パワーは，

「筋力×距離 / 時間」で表され，

筋力と速度の両方の要素を含む。そのため，筋パワーの増加に

は，従来より行われている筋力トレーニングのみでなく，瞬発

的な動きを取り入れるなど速さを意識したトレーニングを加え

ることが必要と考えられている。American College of Sports

Medicine（ACSM）は，健康な高齢者が筋パワーを増加させる

には，40 ∼ 60％ 1RM の軽∼中等度の強度で 6 ∼ 10 回，1 ∼ 3

セット，高速の筋力トレーニングを行うのがよいと提言してい

る

53）

。また Tschopp

54）

は，彼らの研究に基づきパワートレー

ニングを，「中等度の負荷を用い，エクササイズ全周期を通じ

て，あるいは，少なくともトレーニングの求心性収縮時だけは

できる限り速い運動を行うトレーニング」と定義している。

 Porter らは，1995 ∼ 2005 年の間に報告された，高齢者の

パワートレーニングに関する 15 の論文について考察してい

る

55）

。その中で，パワートレーニングは従来の筋力トレーニ

ングと比較して筋パワーを増加させるのに優れており，機能の

改善に関してもパワートレーニングの方が優れているとのエビ

デンスが提示されている。さらに，高齢者にパワートレーニン

グを実施する際に怪我のリスクが心配されるが，そのリスクは

速歩やジョギングと比べて高いものではなく，怪我の事例はト

レーニング時よりもテスト時に多かったと報告している。一

方，Tschopp ら

54）

は，パワートレーニングと従来の筋力トレー

ニングを比較した 11 の論文を対象に，メタアナリシスを行っ

ている。これによると，機能的アウトカムに関しては，従来型

のレジスタンストレーニングよりパワートレーニングの方がや

や優れている。しかし，自覚的運動機能，バランス，歩行，筋

力，筋パワー，筋体積に関しては，トレーニング方法による差

があきらかではなく，したがってエビデンスは明確ではない。

このように，今のところ一定の見解は得られていないものの，

パワートレーニングは筋パワーや機能的アウトカムの向上に関

して従来のトレーニングより有効である可能性がある。

2．スロートレーニング

 速いスピードでの動きを意識したパワートレーニングとは反

対の，筋力トレーニングを従来よりもゆっくりとしたスピード

で実施するスロートレーニングについても研究がなされてい

る。スロートレーニングは，特に高齢者では骨関節系の疾患を

有する率が多くなることや，心血管系の問題を有する割合も多

いことから，関節や心血管系に強い負荷のかかる高負荷トレー

ニングではなく，弱い負荷でトレーニング効果を上げることを

目的としている

56）

。若年者を対象にスロートレーニング（3 秒

挙上，1 秒保持，3 秒下降）と，通常速度での高負荷および，

低負荷トレーニングを比較した Tanimoto らは，スロートレー

ニングで，血圧が上昇せずに高負荷トレーニングと同等の筋肥

大が得られ，等尺性筋力は増加したと報告した。この結果か

ら，彼らは，動的な筋力を増加させるためには高速でのトレー

ニングが必要かもしれないが，血圧の上昇が心配される場合，

骨関節系疾患に対してはスロートレーニングが有効であると結

論づけている。Watanabe らも 59 ∼ 76 歳の高齢者で，スロー

トレーニングと通常速度での低負荷トレーニングの効果を比較

し，両群で筋力の増加は得られたものの，筋肥大にはスロー

トレーニングの方が有効であったと報告している

57）

。スロー

トレーニングよりさらに遅い速度でトレーニングを行うスー

パースロートレーニングも研究されている。これは，1992 年

に Hutchins

58）

が骨粗鬆症を有する高齢女性に対する運動とし

て提唱したもので，10 秒間の求心性収縮と 4 秒間の遠心性収

縮を 4 ∼ 6 回繰り返す方法である。このトレーニング法に関し

ては，Westcott らが検証し，従来型のトレーニングと比較し

て筋力増加に効果的であると報告した

59）

。しかし，その後の

報告

60）61）

では，従来の筋力トレーニングと比較して効果が低

いとされている。報告が多くないこともあり，このトレーニン

グ方法の効果に関する本格的な議論はこれからであろう。

ま と め

 筋の基礎知識とトレーニングに関して，筋力増加のメカニズ

ム，パワートレーニングとスロートレーニングの観点から解説

した。筋力増加のメカニズムに関しては，まだまだ不明な点が

多く，さらに研究される必要がある。また，パワートレーニン

グとスロートレーニングに関しては，従来の高負荷低頻度の筋

力トレーニングと比較して効果的であるとはいえないものの，

低負荷で行うことが可能なため，今後の理学療法において応用

可能であると思われる。

文  献

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