- 酸素を取り込んでエネルギーを作る有酸素系は、地球上から酸素がなくならない限り無尽蔵にエネルギーを生み出すことができる。
- これに対して、酸素を使わずに筋肉の中でエネルギーを作り出す無酸素系は、頼りになるのは筋肉だけであり、供給量には限りがある。
- 両者をたとえるならば、有酸素系は水道の水、無酸素系はバケツの水といえるだろう。
- 運動中の有酸素系、無酸素系のエネルギー供給の様子を上図に示した。
- 最大下運動では、有酸素系でエネルギーを供給できる定常状態へ至る前に、心拍数が上昇し、血液によって筋肉まで酸素が運ばれ、身体機能が運動に適応するまでの時間が必要である。この運動初期の酸素不足分は、無酸素系で補われることになる。この不足分は、運動に必要な酸素の量を無酸素性エネルギー供給系から借りてきたという意味で、酸素借と呼ばれている。また、運動を止めた後しばらく続く安静時より高い酸素摂取量は、酸素負債と呼ばれている（運動が終わった後も、ハーハーゼーゼーと高い酸素摂取が続く状態のことである）。これは、運動中に無酸素系から借りた分を、運動後に摂取して返すという考えに基づいている。
- 従来、「酸素負債＝酸素借」と考えられてきたが、近年の研究により「酸素負債＞酸素借」であることがわかっている。借金の返済には、利子がついてしまうようである。
- 超最大運動では、無酸素性エネルギーは完全に底をついてしまう。前半勢い良く走っていたランナーが後半に力尽きてしまうようなケースは、この無酸素性エネルギーが底をついてしまった典型的な例である。そのような場合でも、有酸素性エネルギーは少しずつ供給されているので、ペースを落とせば完走することは可能なのである。
- 自分の蛇口から水を出す能力、バケツの大きさを把握しておくことは、試合での戦略をたてるうえでも、トレーニング指針を決めるうえでも重要である。
- ある距離を移動するのにスピードが異なる意味合いを考えるため、『走る』と『歩く』を比較してみる。（実際には動作が異なりエネルギー効率が異なることには目をつぶります）
- ある距離を移動するときに使われるエネルギー量は下式で表される。
ある距離を移動するときに使われるエネルギー量＝体重×移動距離
- 速度によらないため、歩いても走っても使われるエネルギー量は同じということになる。
- しかし、走ったほうがきつく感じられるのはなぜでしょうか？単位時間内に使われるエネルギーの量、すなわちエネルギーを供給する早さが違うことによるのである。同じエネルギー量でも、移動時間が短くなればエネルギーを早く供給しなければならない。
- 同じ仕事量の運動を行ったときのエネルギー供給のイメージを上図に示す。
運動強度が高い場合、運動開始直後はエネルギー供給速度の大きい無酸素性エネルギーが使用される。しかし、無酸素性エネルギーは供給量が限られており、バケツに溜まっている水を一気に注ぐイメージで考えることができる。したがって、供給速度は次第に減少してしまう。
一方、有酸素性エネルギーは供給速度はあまり大きくないが、いくらでも供給することが可能である。水道の蛇口をひねって水を出すイメージで考えることができる。 - 短時間の運動であっても無酸素性のエネルギーだけではなく、有酸素性エネルギーも供給されていることに注意する必要がある。実は、一定時間の間に供給される無酸素性エネルギーと有酸素性エネルギーの量の間には、運動強度にかかわらず下記の関係があることが明らかになっている。
- 運動時間が３０秒の場合
無酸素性エネルギー：有酸素性エネルギー＝２：１ - 運動時間が１分の場合
無酸素性エネルギー：有酸素性エネルギー＝１：１
- 運動時間が３０秒の場合
- したがって、｢より早く｣または｢より長く｣運動できるようにパフォーマンスを向上させるのには、無酸素性エネルギーおよび有酸素性エネルギーのいずれかの供給能力を改善することで実現できることになる。
- 無酸素性エネルギーの増大は、有酸素性エネルギーと比較すると限りがあるため、無酸素性エネルギーの供給速度のみ改善するのは、やや不利といえるかもしれません。
- 競泳競技をモデル化し、無酸素エネルギー供給能力および有酸素エネルギー供給能力がそれぞれ１０％増加したときの記録の改善を、コンピュータシミュレーションした結果を、下表に示す。
- 必要なエネルギー量については、日本人の平均的な水泳選手の体格から推定された抵抗係数と、日本学生のトップクラスの技術による効率の良い泳ぎを想定して算出したものである。
泳距離 現在の予測最高記録 有酸素性が１０％改善された場合 無酸素性が１０％改善された場合 ５０ｍ 25.72秒 25.42秒（-0.30秒） 25.07秒（-0.65秒） １００ｍ 55.61秒 54.47秒（-1.04秒） 54.52秒（-1.08秒） ２００ｍ 122.29秒 119.61秒（-2.68秒） 120.81秒（-1.49秒） - 記録の秒数自体は、選手の技術などで変わるためあまり意味はないが、１分の運動を境に、それより短時間の運動では無酸素性エネルギーの供給能力改善が、それより長時間の運動では有酸素性エネルギー供給能力改善が効果的に記録を伸ばせるということがわかる。
- これまでの話は、陸上競技や水泳競技といった一定強度で運動を続けているときのエネルギー供給の話であった。
- サッカー、テニスといった球技スポーツなど、ほとんどのスポーツではダッシュをしたり止まったと状況に応じて様々な運動を繰り返すことになる。
- このように、短い休息や軽運動を挟みながら、ダッシュのような主運動を断続的に行う運動のことを『間欠的運動』と呼んでいる。
- 休息を挟みながら主運動を繰り返すため、同じ時間ならば高い強度で、同じ強度なら長い時間運動することができる。したがって、持続的運動に対してより効果的に呼吸循環系や活動筋の機能を改善できる可能性を秘めている。
- 間欠的運動を決めるのは、下記の４つの要因である。
- 運動強度
- 運動持続時間
- 休息時間
- 反復回数
- 休息時間が短い場合、運動中の無酸素エネルギー供給量が、休息中の無酸素性エネルギーの回復量より大きく、無酸素性エネルギーは底をつき、疲労困憊に達してしまう。
- 休息時間が長い場合、高強度運動を反復しても無酸素性エネルギーはほとんど回復し、定常状態を迎えることができる。
- 無酸素性エネルギー供給により、筋肉中のクレアチンリン酸が減少し、乳酸が生産される。また、無酸素性エネルギーの回復時には、クレアチンリン酸が再合成されて回復し、乳酸が分解される。
- ２〜３分で疲労困憊してしまう運動の後には筋中のクレアチンリン酸はほぼ全部なくなってしまうが、１分で安静時の約３０％、３分後には約９０％まで回復することがわかっている。
- 乳酸の分解については、有酸素性エネルギーの供給能力が高いほど、乳酸の生産量がすくなく、分解除去も早いことがわかっている。
- １００ｍ〜６００ｍ走のインターバルトレーニングを行ったときの最大酸素摂取量の増加について、上図のような報告がある。
- まず、トレーニング期間の総酸素需要量と最大酸素摂取量の増加の間には顕著な相関関係は見られない。したがって、トレーニング量はトレーニング効果にあまり影響を与えない。
- 次に、トレーニング強度と最大酸素摂取量の増加の間には密接な関係があり、トレーニング強度が増加すれば、最大酸素摂取量も増加する。
- また、トレーニング頻度や期間も、最大酸素摂取量の増加とはあまり関係がない。
- 以上のことから、最大酸素摂取量を高めるためにはトレーニング強度が非常に重要であることがわかる。
- 強度の高い持続的運動を行った場合、運動時間が長くなるほどトレーニング強度が低くなってしまい、結果的に無酸素系エネルギー供給への刺激は少なくなってしまう。最大酸素摂取量を増加させる運動は、最大酸素借を必ずしも増加させるわけではない。
- インターバルトレーニングにおいては、トレーニング強度を高く保つことができるため、最大酸素摂取量とともに最大酸素借も増加させることが可能である。
- 酸素借をエネルギー供給方式で分けてみると、下記のようになる。
エネルギー供給系 内容 割合 ＡＴＰ−ＰＣｒ酸系 筋中に蓄えられたＡＴＰとクレアチンリン酸（ＰＣｒ）の分解により供給される ２５％ 乳酸系 グリコーゲンが無酸素的解糖により乳酸まで分解される過程で供給される ６５％ 有酸素系 筋中や血中に貯蔵されていた酸素を利用して有酸素的解糖により供給される １０％ - 最大酸素借を改善するための３つの要因は、以下の通りである。
- 緩衝能力
- 最大酸素借が得られる、すなわち無酸素性エネルギーを使い切る運動においては、筋中の乳酸濃度は最大となる。このとき、乳酸の生成に由来する水素イオン（H＋）が筋中に蓄積され、ＰＨが低下（酸性となる）する。
- 無酸素性解糖の反応を調整するフォスフォフルクトキナーゼ（ＰＦＫ）は、ＰＨが低下すると活性が低下することから、無酸素性解糖の反応速度が低下し、ＡＴＰの生産能力が低下してしまう。
- 水素イオンをアルカリ性の物質と結合させて中和させる作用を緩衝作用という。緩衝能力を高めることによって、最大酸素借を向上することが可能となる。
- 緩衝能力は、乳酸を高いレベルまで生産する高強度トレーニングで改善される。短距離走・中距離走の選手に緩衝能力が一般の人より高いこと、さらに長距離走の選手の緩衝能力は一般の人とあまり変わらないことが知られている。
- 毛細血管網
- 筋繊維を取り巻く毛細血管の数が増えると、より多くの血液を筋肉へ送り込めるようになり、有酸素性エネルギー量をふやして乳酸の生成を抑えることができる。
- また、毛細血管が増えると乳酸や水素イオンを筋肉からより多く放出し、筋疲労を遅らせることができる。
- 毛細血管網は、長距離走のような持久力トレーニングで改善される。
- 活動筋量
- 筋量が増えると、筋中のＡＴＰ、ＰＣｒの量も増えることから、無酸素性エネルギーの供給量をふやすことができる。
- ウェイトトレーニングによって筋肥大を起こすことによって、最大酸素借を増やすことが可能である。
- 緩衝能力