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リハビリmemo

大学病院勤務・大学院リハビリテーション学所属の理学療法士による「研究と臨床をつなげるための記録」

筋肉を増やすための栄養摂取のメカニズムを理解しよう

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 「科学により裏付けされたタンパク質の摂取方法(量や質、タイミング)を実践することで、日頃のトレーニングの効果を最大限に引き出すことが可能になる」

 

 現代のスポーツ栄養学では、効率的に筋肉を増やす方法についてこのように述べています。近年、アミノ酸安定同位体を用いる研究手法が確立され、スポーツ栄養学の分野からアスリートのパフォーマンス向上に関する知見が次々と報告されているのです。

 

 このような知見をもとに、今回は栄養摂取による筋肉を増やすメカニズムについて考察していきましょう。

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◆ 筋肉を増やすための栄養摂取で重要なものとは?

 

 まず筋肉の構造を見てみましょう。筋肉は筋線維が束になったもので、筋線維は筋原線維が束になったものです。筋原線維はアクチンとミオシンという筋タンパク質からできています。

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図1:Neuroscience of fandamentals for rehabilitationより引用改変

 

 筋肉を増やすためには、この「筋タンパク質」を増やさなければなりません。

 

 筋タンパク質は24時間いつも作られたり、分解されたりしています。普通に生活していても筋肉の量が保たれているのは、筋タンパク質が作られる(合成される)量と分解される量が釣り合っているからです。

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図2:筋タンパク質の合成と分解のバランス

 

 しかし、過度なダイエットやストレス、病気などにより筋タンパク質の合成される量が減り、分解される量が多くなると、筋肉は減ってしまいます。

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 逆に食事や筋トレをすることで筋タンパク質を合成する量が多くなると、筋肉を増やすことができます。

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 この「筋タンパク質の合成と分解のバランス」が筋肉を増やすための重要な意味をもっているのです。

 

 筋肉を増やすためには、筋タンパク質の合成を促さなければなりません。そこで大切なのが食事であり、タンパク質の摂取になります。

 

 食事で摂取されたタンパク質が消化されると、アミノ酸として血液に取り込まれます。筋肉へ運ばれてきたアミノ酸は、遊離アミノ酸プールという貯蔵庫に保管され、筋タンパク質を合成するのに利用されます。

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図3:筋タンパク質の合成・分解の流れ

 

 筋タンパク質の合成は血液中のアミノ酸の量により刺激されるので、アミノ酸の量が増えれば増えるほど、筋タンパク質の合成が促されます(これを用量依存効果といいます)。筋タンパク質の合成はアミノ酸の量に依存しているのです(Biolo G, 1997)。

 

 これが「筋肉を増やすためにはタンパク質(アミノ酸)を多くとりなさい」と言われる所以です。

 

 アミノ酸は体内で作ることができる非必須アミノ酸と、体内で作ることができない必須アミノ酸に分けられます。非必須アミノ酸では筋タンパク質の合成が刺激されないことが明らかにされており(Volpi E, 2003)、筋タンパク質の合成は必須アミノ酸により行われることがわかっています。

 

 「筋肉を増やすためには食事が大切である」と言われるのは、必須アミノ酸は体内で作ることができず、食事で摂取するしかないからです。

 

 必須アミノ酸は9種類ありますが、その中でもロイシンが筋肉を増やすアミノ酸として注目されています。ロイシンは筋タンパク質に必要な食欲の調節やインスリン分泌の制御に関与しており、筋タンパク質の合成に重要なアミノ酸であることが報告されています(Anthony TG, 2001)。2016年の雑誌Scienceでは、ロイシンロイシンセンサーといわれるSestrin2と結合することによって筋タンパク質の合成に関与していることが明らかとなり、筋タンパク質の合成におけるロイシンの重要性が証明されています(Wolfson RL, 2015)。

 

 これが「筋肉を増やすためにはロイシンの摂取を考慮するべき」と言われる根拠です。

 

 現在では、効率的な筋肉増強において、摂取するタンパク質の量だけでなく、含まれるロイシンの量が筋タンパク質の合成を左右するとも言われています。



◆ タンパク質摂取に筋トレを合わせることで、さらに筋タンパク質は合成される

 

 局所または全身の筋肉に負荷を加えたトレーニングをレジスタンストレーニングといいます。レジスタンストレーニングは、運動によって誘発される成長因子や代謝ストレスによって筋タンパク質の合成を急激に増加させます。レジスタンストレーニング後の1時間から2時間後に筋タンパク質の合成が安静時に比べて有意に増加することが明らかにされています(Dreyer HC, 2006)。

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Fig.1:Dreyer HC, 2006より引用改変

 

 しかし、レジスタンストレーニングを行うと筋タンパク質の分解も促進されてしまいます。そうなるとトレーニングによる筋タンパク質の合成効果はプラスマイナスでゼロになってしまうのでしょうか?

 

 この問いの答えたのがPhillipsらの研究です。Phillipsらはレジスタンストレーニング後48時間における筋タンパク質の合成と分解の経時的な変化を調べました。すると筋タンパク質の合成の促進は48時間後も続くのに対して、分解はトレーニング後3時間をピークにしてその後は減少し、48時間で安静時のレベルに戻ることがわかったのです(Phillips SM, 1997)。

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Fig.2:Phillips SM, 1997より引用改変

 

 この結果はレジスタンストレーニングによって48時間(2日間)の筋タンパク質の合成と分解のバランスが安静時に比べてプラスに働いている(合成が分解を上回る)ことを意味します。つまり、レジスタンストレーニングを行うことによって48時間は筋タンパク質の合成の促進が維持されており、この期間で有効なタンパク質を摂取することによって、効率的な筋タンパク質の合成を高めることができるのです。

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 筋肉を効率的に増やすためには、筋タンパク質の合成が分解を上回らなければなりません。そこで有用なのが正しいタンパク質の摂取とレジスタンストレーニングの実施なのです。

 

 今回は筋肉を増やすための栄養摂取について基礎的なことを確認しました。次回は、タンパク質の摂取量と摂取タイミング、タンパク質の質、レジスタンストレーニングの内容など、筋肉を増やすための具体的な方法について考察していきましょう。 

 

 

筋力トレーニングの科学

シリーズ①:筋肉を増やすための栄養摂取のメカニズムを理解しよう

シリーズ②:筋トレの効果を最大にするタンパク質の摂取量を知っておこう

シリーズ③:筋トレの効果を最大にするタンパク質の摂取タイミングを知っておこう

シリーズ④:筋トレの効果を最大にするタンパク質の摂取パターンを知っておこう

シリーズ⑤:筋トレの効果を最大にする就寝前のプロテイン摂取を知っておこう

シリーズ⑥:筋トレの効果を最大にする就寝前のプロテイン摂取の方法論

シリーズ⑦:筋トレの効果を最大にする運動強度(負荷)について知っておこう

シリーズ⑧:筋トレの効果を最大にする運動強度(負荷)の実践論

シリーズ⑨:筋トレの効果を最大にするセット数について知っておこう 

 

References

Biolo G, et al. An abundant supply of amino acids enhances the metabolic effect of exercise on muscle protein. Am J Physiol. 1997 Jul;273(1 Pt 1):E122-9.

Volpi E, et al. Essential amino acids are primarily responsible for the amino acid stimulation of muscle protein anabolism in healthy elderly adults. Am J Clin Nutr. 2003 Aug;78(2):250-8.

Anthony TG, et al. Oral administration of leucine stimulates ribosomal protein mRNA translation but not global rates of protein synthesis in the liver of rats. J Nutr. 2001 Apr;131(4):1171-6.

Wolfson RL, et al. Sestrin2 is a leucine sensor for the mTORC1 pathway. Science. 2016 Jan 1;351(6268):43-8.

Moore DR, et al. Protein ingestion to stimulate myofibrillar protein synthesis requires greater relative protein intakes in healthy older versus younger men. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2015 Jan;70(1):57-62.

Dreyer HC, et al. Resistance exercise increases AMPK activity and reduces 4E-BP1 phosphorylation and protein synthesis in human skeletal muscle. J Physiol. 2006 Oct 15;576(Pt 2):613-24.

Phillips SM, et al. Mixed muscle protein synthesis and breakdown after resistance exercise in humans. Am J Physiol. 1997 Jul;273(1 Pt 1):E99-107.