短時間の等速性遠心性抵抗トレーニングが神経筋誘発適応に及ぼす影響

1.1 導入

運動誘発性の神経筋および機能的変化は様式特異的です。 運動誘発性の筋適応は、機械的張力、細胞内損傷、および代謝ストレスの影響を受ける可能性があります。 遠心性収縮は、筋肉に加えられる外力が筋肉によって発生する瞬間的な力を超えるときに起こります。 その結果、筋肉の強度は、筋肉を伸長させる負荷または抵抗を克服するのに十分です。 求心性収縮または等尺性収縮と比較して、遠心性トレーニングは筋肉により大きな機械的ストレスと微小損傷を引き起こし、より顕著な筋適応につながる可能性があります。 遠心性運動は、従来、一定の外部負荷に対して、または一定速度（等速性）で行われます。 トレーニングの種類に応じて、これは様々な機械的要求を生み出し、異なる神経筋および筋腱適応メカニズムをもたらします。 等尺性または求心性筋収縮とは対照的に、中枢神経系は骨格筋収縮を制御するために異なる神経戦略を採用します。 求心性収縮と比較した遠心性収縮中の協力筋間の異なる活性化レベル、および速筋運動単位の優先的動員は、これがどのように実証されるかの2つの例です。

1.2 問題提起と研究根拠

新たなデータは、脂肪過多が筋力低下および筋質の低下と関連していることを示唆しています。 定期的なレジスタンストレーニングは、筋肉の最大再生能力を高めることが示されています。 レジスタンストレーニング中の筋力産生の初期（<2-4週間）の増加には神経メカニズムが主に寄与し、その後、筋形態の適応（>5-8週間）が続くと信じられています。 しかし、この証拠は遠心性と求心性収縮運動の両方を組み合わせたものに基づいています。 研究により、遠心性収縮は求心性収縮よりも大きな神経筋適応を引き起こすことが示されています。 したがって、遠心性レジスタンストレーニングは、肥満者など筋力低下のある個人にとって有望なアプローチです。 したがって、短期間の漸進的遠心性等速性レジスタンストレーニングは、求心性等速性レジスタンストレーニングと比較して、肥満で未訓練の女性において神経筋適応を増加させると仮定されます。

2.0 文献レビュー

2.1 導入

筋骨格痛、機械的負荷、筋フィットネスの低下、およびその他の筋骨格問題の高い有病率は、肥満と関連しています。 下肢の屈筋と伸筋は、バランス、移動性、および日常業務を遂行する能力を担っています。 骨格筋の強度と持久力は、過剰な脂肪量によって変化します。 大腿中央部の筋肉量は脂肪量の約2.5倍ですが、肥満者は筋肉内および筋肉間脂肪、筋細胞間脂肪が多く、これは力産生と機能的独立性に有害な影響を及ぼします。 骨格筋の力産生能力は、筋肉の機能的能力を評価するために使用できます。 力を発揮する能力、つまり絶対的筋力は、日常業務を遂行するために必要です。 肥満者は正常体重者よりも高い絶対的最大随意収縮トルクを示すことが示されています。 それにもかかわらず、彼らは体重および除脂肪体重に対する筋力が低いこともあります。

2.2 肥満が骨格筋組成と筋力に及ぼす影響

過体重および肥満者では総筋肉量は高いですが、相対的筋力は健康な人よりも有意に低く、身体機能の低下につながる可能性があります。 肥満は、需要の増加により、下肢の荷重筋の絶対的力とパワーを増加させる可能性があります（Marte Johannson, 2021）。 しかし、力産生とパワー出力が総体重で正規化されると、より高いBMIで低下が観察され、筋質と疲労抵抗性の低下をもたらします。 さらに、酸化ストレス、炎症、インスリン抵抗性などの脂肪組織依存性代謝適応の負の影響は、筋量代謝に害を及ぼします。

筋線維の割合は肥満者では異なります。 体脂肪率とタイプII筋線維比率との間に正の関連があり、過体重者ではより高いタイプIIX線維含有量が報告されています。 タイプII筋線維は、遅筋線維と比較して、ミトコンドリア、ミオグロビン、毛細血管の数が少ないことが多く、疲労しやすい傾向にあります。 タイプIIX（タイプIIBとも呼ばれる）線維は最大の力を発生しますが、高いミオシンATPase活性、低い酸化能力、および嫌気的代謝への依存性のため、非常に非効率的です。 タイプIIA線維は、一般的に中間筋線維と呼ばれ、タイプIとIIX線維を同等の張力で組み合わせます。 これらの線維は、好気的および嫌気的エネルギー源の両方を利用でき、タイプIIX線維よりも高い酸化能力を持ち、よりゆっくりと疲労します。 タイプII筋の割合の増加は、(a)インスリン抵抗性の増加、(b)高インスリン血症のリスク、(c)疲労抵抗性/運動耐容能の低下、(d)持久力、(e)移動性の増加と関連しています。

ヒトおよび動物研究の両方で、タイプII（特にIIx）筋線維は遠心性活動後に損傷を受けやすいことがわかっています - タイプIIx線維の増加と座りがちな生活は、遠心性トレーニングを受ける過体重者においてより大きな筋損傷と関連しています。 単回の高強度遠心性運動は、タイプIIの筋線維衛星細胞含有量と活性化状態を増加させます。 衛星細胞は、骨格筋組織の成長、修復、再生において不可欠です。 したがって、遠心性トレーニングは、過体重および肥満者を含む、身体機能制限のある個人にとって有望な運動技術です。

2.3 遠心性レジスタンストレーニングが神経筋適応に及ぼす効果

従来の求心性運動と比較して、遠心性運動トレーニングは筋力を有意に増加させます。 遠心性トレーニングにおける筋力増加は、神経学的、形態学的、解剖学的要因の組み合わせによる可能性があります。 研究により、遠心性収縮は求心性収縮よりも大きな神経筋適応を引き起こすことが示されています。 最近のメタ分析では、遠心性トレーニングと求心性トレーニングの間の筋力増加に統計的に有意な差は見られませんでしたが、遠心性運動トレーニングは求心性運動よりも求心性筋力の改善に向かう傾向も示しました。 これは、遠心性運動によって引き起こされる神経筋および機能的適応の様式特異性を示しています。 遠心性トレーニングは、収縮中の表面筋電図活動を増加させましたが、求心性収縮中には増加しませんでした。 しかし、矛盾する結果も報告されています。 筋肉の電気刺激は、トレーニング後の最大筋電図（つまり、ピーク二乗平均平方根値および筋電図からの積分電圧）によって表されると考えられています（Douglas et al., 2017）。 これは、動員される運動単位の数と大きさ（つまり、タイプI対タイプII線維）、運動単位発射率、および運動単位同期の影響を受けます。

いくつかの研究では、遠心性レジスタンストレーニングが、主に下半身ジャンプのバリエーションで測定される筋パワーを改善することがわかっています。 健康な訓練を受けた男性（N=24）は、遠心性レジスタンストレーニング群（n=12）と求心性レジスタンストレーニング群（n=12）に無作為に割り当てられました。 大腿四頭筋の最大随意等尺性収縮、垂直跳び、および多チャンネル表面筋電図信号が、レジスタンストレーニング前後に測定されました。 生筋電図信号を使用して、筋線維伝導速度と二乗平均平方根が計算されました。 遠心性レジスタンストレーニング後、求心性レジスタンストレーニングと比較して、垂直跳びと最大随意等尺性収縮の割合が統計的に有意に増加しました。 同様に、遠心性レジスタンストレーニングは求心性運動よりも筋電図筋線維伝導速度と二乗平均平方根を増加させました。

20人の健康な男性被験者が等速性ダイナモメーターで12週間の遠心性等速性レジスタンストレーニングを受け、膝伸筋の神経筋評価が4週間ごとに行われました。 遠心性等速性レジスタンストレーニングは、1-4週目に3セット10回、5-8週目に4セット、9-12週目に5セットで構成されました。 セット間には1分間の休息期間が設けられました。 トレーニング後、筋力[遠心性ピークトルク（29%）、等尺性ピークトルク（24%）、求心性ピークトルク（15%）]、筋電図活動[遠心性総筋電図（33%）、等尺性筋電図（29%）]、および筋量[膝伸筋筋厚（総筋厚10%）および大腿直筋解剖学的横断面積（19%）]に有意な改善が観察されました。 遠心性および等尺性活性化はそれぞれトレーニング4週目と8週目に増加しましたが、求心性活性化は変化しませんでした。 これらの結果は、神経活性化と筋量の比例的な増加がトレーニング8週目までの遠心性および等尺性筋力増加を説明する一方、他のプロセスが最後の4週間の増加に関与しているようであることを示唆しています。 一方、求心性ピークトルクの相対的増加は無視でき、遠心性等速性レジスタンストレーニング後の神経適応とは無関係でした。

協力筋は、遠心性等速性レジスタンストレーニングに応答して異なる形態学的および神経生理学的適応を示します。 健康な男性（N=20）は、12週間の漸進的遠心性等速性レジスタンストレーニング後の内側広筋と外側広筋の神経および筋適応を評価されました。 形態学的および神経的適応は、安静時の外側広筋と内側広筋の筋厚の超音波測定、および最大随意等尺性収縮中の筋電図測定を使用して評価されました。 トレーニング後、両筋肉の厚さは有意に増加しました（外側広筋：6.9%；内側広筋：15.8%）。 しかし、筋活動は内側広筋（47.8%；p =.003）で有意に増加しましたが、外側広筋（19.8%）では増加しませんでした。

2.4 結論

遠心性運動の初期の有害影響には、細胞内筋損傷、不快感、線維興奮性の低下、および初期の筋力低下が含まれます。 生理学的および神経的トレーニング応答を引き出す効果的な刺激は、遠心性収縮のような伸長と過負荷です。 筋機能の向上は、筋成長、皮質活動の増加、および運動単位行動の変更を含む、遠心性運動によって誘発される適応から生じます。