20240502: スプリンター・生物学的性差・形態学的比較・筋分布の特徴

100mスプリントは、陸上競技の中でも最も権威のある種目の一つであり、二足歩行の人間のスピード能力を象徴しています。男子と女子のスプリント走のパフォーマンスには顕著な差が見られ、例えば男子の100mスプリントの世界記録（9.58秒）は、女子の世界記録（10.49秒）よりも9%速いという例があります。男子と女子のパフォーマンスの差に寄与する要因として、解剖学的特徴（身長、四肢の長さ、体組成など）、生理学的特徴（ホルモンや酵素の要因）、および生体力学的特徴（ストライド長や頻度）が挙げられています。スプリント走の成功は、体重に対する大きな力を高い筋線維短縮速度で生成する能力に大きく依存するため、下肢の筋力がスプリント走の成功に重要な役割を果たすと考えられています。人間の性差は、男子が絶対値および体重に対する比率で女子よりも大きな神経筋力を生み出すことができるため、筋肉量の大きな違いがこれを説明する可能性があります。

これまでの研究では、磁気共鳴画像（MRI）が、体内の筋肉量を測定する「ゴールドスタンダード」として活用されてきました。これまでの研究では、男子（スプリントアスリートの男性）または女子（スプリントアスリートの女性）の筋肉量とスプリントパフォーマンスとの関連性が調査されてきましたが、男性と女性のスプリンターの筋肉量の違い、特に部位別の違いに関する研究は限られています。

ある研究では、大学レベルのスプリンター、ハードラー、ジャンパーを対象に、男子は女子よりも体重に対する比率で下半身の筋肉量が多いことが報告されましたが、身長と体重の積で正規化すると、男女間に差は見られませんでした。また、ある研究では、男子が3つの太ももの筋肉群（大腿四頭筋、ハムストリングス、内転筋）で女子よりも大きな絶対筋肉量を持つことが報告されましたが、体重に対する比率で正規化した場合、差が見られたのはハムストリングスのみでした。この研究では、スプリントパフォーマンスに特に重要とされる股関節の筋肉の評価が含まれていませんでした。また、これらの研究はエリートレベルのスプリンターを含んでおらず、被験者数も少なかったため、エリートレベルでの筋肉量の男女差に関する包括的な比較研究は存在しませんでした。

この研究の目的は、下半身の筋肉量の絶対値、体重に対する比率、および筋肉分布の違いを、男子と女子のスプリンター間で比較することです。また、エリート女子スプリンターとエリート男子スプリンター、およびパフォーマンスが女子と同じレベルの男子スプリンターとを比較することも目的としています。

この研究の仮説は以下のとおりです：
(i) 男子スプリンターは、女子スプリンターに比べて、特に股関節伸展および屈曲筋群で、絶対および相対的な筋肉量が大きい。
(ii) エリート女子スプリンターの絶対および相対筋肉量は、パフォーマンスが同等の男子スプリンターと類似しているが、エリート男子スプリンターよりも小さい。
(iii) エリート男子スプリンターの下半身の筋肉量の分布は、非訓練男子よりもエリート女子スプリンターに近い。

スプリントのパフォーマンスとトレーニング歴

全体の男性スプリンターのグループは、SBE100で0.99秒（9%）早く、PBE100で0.98秒（8%）早かったが、女性スプリンターのグループと比較して、相対的なパフォーマンス基準（IAAFポイントおよび%WR）は等しく、トレーニング歴にも差がなかった。

エリート女性スプリンター（EF）は、エリート男性スプリンター（EM）と比較して、SBE100で1.06秒（10%）、PBE100で1.15秒（12%）遅かったが、IAAFポイント、%WR、スプリントまたはレジスタンストレーニング歴に差はなかった。EFとパフォーマンスが同等の男性スプリンター（PMMEF）は、SBE100では11.16秒対11.17秒（P=1.000）でほぼ同じだが、IAAFポイントではEFがPMMEFよりも高かった（1165 vs 839, P<0.0001）。EFは、PMMEFよりもレジスタンストレーニング歴が長かったが、スプリントトレーニング歴は似ていた。

人類学的データ

全体的に、男性スプリンターは女性スプリンターよりも身長が高く、体重が重く、体脂肪が少なく、無脂肪体重が大きかった。EFとEMの比較では、EFが身長、体重、無脂肪体重ともに小さく、体脂肪率が高かった。EFとPMMEFの比較では、EFが身長が低く、体脂肪率が高く、無脂肪体重が少なかった。

男性スプリンターと女性スプリンターの筋肉量の比較

男性スプリンターは女性スプリンターに比べて、絶対的な筋肉量が38%大きく、5つの機能的筋肉グループすべて（股関節屈筋、膝伸筋、股関節伸筋、膝屈筋、足底屈筋）でも大きかった。また、個々の筋肉または筋肉群の20か所でも男性が女性よりも大きかった。

体重に対する比率で見ると、男性スプリンターは女性スプリンターよりも全体的に14%筋肉量が多く、4つの機能的筋肉グループ（股関節屈筋、膝伸筋、股関節伸筋、膝屈筋）でも男性が女性よりも多かった。

エリート女性スプリンター、エリート男性スプリンター、およびパフォーマンスが同等の男性スプリンターの筋肉量の比較

EMはEFおよびPMMEFよりも絶対的な筋肉量が大きく、5つの機能的筋肉グループすべてでも大きかった。絶対的な筋肉量に関して、EFとPMMEFはほぼ同等であったが、iliopsoas（腸腰筋）がPMMEFよりも小さかった。

体重に対する比率では、EMとPMMEFでは大きな差は見られなかったが、EMはEFよりも大きな筋肉量を持っていた。

また、機能的な筋肉グループの相対的な筋肉量を比較したところ、EMとEFの差異はなく、EFとPMMEFの差異もほぼ見られなかった。

この結果は、エリート男性スプリンターとエリート女性スプリンターの筋肉分布が比較的類似していることを示唆しています。全体的な絶対筋肉量では差があるものの、体重に対する比率や筋肉分布に関しては、エリート女性スプリンターとエリート男性スプリンターは似たような特徴を持っています。

この研究では、男性と女性のスプリンターの2つの大規模なコホートの下肢筋肉量の違いを比較し、さらにエリート女性スプリンターを、エリート男性スプリンターおよびパフォーマンスが同等の男性スプリンターと比較しました。また、エリート男性スプリンターの筋肉分布が、エリート女性スプリンターと非運動的な男性と比べて、どちらにより近いかを評価しました。

まず、第1の仮説を支持する結果として、特定の筋肉グループのボリュームに著しい性差が見られましたが、それは均一ではなく、解剖学的に特定の部位で顕著でした。ヒップと膝の筋肉グループにおけるボリュームの違いが、足関節の底屈筋に比べて大きいことが示されました（ヒップ筋群：男性が40-55%多い、膝筋群：男性が31-44%多い、足関節の底屈筋：男性が20%多い）。エリート男性とエリート女性の比較では、絶対筋肉量の違いはすべての機能的な筋肉グループでほぼ均一でした（47-53%の違い）。体重比での比較では、エリート男性はエリート女性よりも全体的な筋肉量が15%多く、2つの筋肉グループ（股関節伸筋18%多い、膝屈筋15%多い）で相対的に大きかった。一方、エリート女性とパフォーマンスが同等の男性スプリンターの間では、全体的な筋肉量や機能的な筋肉グループに相対的な違いは見られませんでした。

第2の仮説を支持する結果として、股関節伸筋と膝屈筋の相対的な筋肉量が、身長や体脂肪率、全体的な相対筋肉量ではなく、パフォーマンスに対応してサブグループを区別していることが示されました。この結果は、股関節伸筋と膝屈筋の相対的な筋肉量の多さが、性差ではなく、より速いスプリントパフォーマンスの原因である可能性を示唆しています。

最後に、エリート男性とエリート女性のスプリンターの筋肉分布は、同じ性の2つのグループ（エリート男性と非運動的な男性）よりも類似していることが示され、これは、エリートレベルのスプリンターが性別に関係なく共通の筋肉分布フェノタイプを持つ可能性を示唆しています。

男性と女性の違い

男性スプリンターは女性スプリンターに比べて、スプリントパフォーマンスで9%速く、身長が高く、体重が重く、体脂肪が少なく、無脂肪体重が34%大きいことが示されました。また、エリート男性スプリンターとエリート女性スプリンターの比較では、パフォーマンスで9%速く、無脂肪体重が45%大きいという結果が得られました。

今回の調査では、男性と女性の筋肉量の違いは均一ではなく、解剖学的に変動していました。特にヒップと膝の筋肉グループでは、絶対筋肉量と相対筋肉量の両方で男性が大きいことが示されました。これは、股関節伸筋と屈筋の筋肉量がスプリントパフォーマンスに特に重要であることと一致しており、この違いが男性スプリンターのパフォーマンスの優位性を説明する可能性を示唆しています。

エリートスプリンターの共通の筋肉分布

一方で、エリート男性スプリンターとエリート女性スプリンターの間では、機能的な筋肉グループのボリュームに性差はほとんどなく、筋肉分布の違いも見られませんでした。このことは、エリートスプリンターが性別に関係なく共通の筋肉分布フェノタイプを持つ可能性を示唆しており、これがエリートスプリントのパフォーマンスの基盤となることを示しています。

性別によるスプリントパフォーマンスの違い

今回の調査では、エリート男性、エリート女性、エリート女性とパフォーマンスが同等の男性スプリンターの3つのサブグループの間で、スプリントパフォーマンス、人体測定、筋肉量を比較しました。PMMEFとEMは性別が共通しており、PMMEFとEFは絶対的なスプリントパフォーマンスが共通していることが示されています。この結果から、股関節伸筋の相対的な筋肉量が、性別や体脂肪率よりも、より高いパフォーマンスの主な要因である可能性が示唆されます。

結論として、男性スプリンターが女性よりも筋肉量が多いことが示されましたが、その違いは均一ではなく、特に股関節伸筋と屈筋において顕著でした。しかし、エリートスプリンターの間では、機能的な筋肉グループのボリュームに性差がほとんどなく、筋肉分布にも差が見られませんでした。これらの結果は、エリートスプリンターが性別に関係なく共通の筋肉分布フェノタイプを持つ可能性を示唆しています。