神経系の改善による筋の発揮パワー向上を目的としたレビュー論文: part 1
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参考文献
タイトル
Developing Maximal Neuromuscular Power Part１
--biological basis of maximal power production
筋の神経系による最大パワーの発達 part 1
--最大パワーの生成の生物学的基礎について
文献情報
Abstract: 論部の概要
本シリーズでは，多くのスポーツパフォーマンスにおいて最も重要な神経筋機能である，最大筋力を発揮する能力に焦点を当てている．第1部では，最大筋パワーの生成に影響を与える要因をフォーカスし，第2部では，最大筋パワーの生成を最も効果的に高めるトレーニングプログラムの開発に関連する文献を検討し，これらの知見の実用化を目指す（Sports Medicine誌に掲載予定）．最大パワーを生み出す神経筋系の能力は，相互に関連する様々な要因に影響される．最大筋力は，力-速度関係によって定義・制限され、力-長さ関係にも影響を受ける．最大パワーを生み出す能力は，関係する筋活動の種類，特に，力を発生させるために利用できる時間，弾性エネルギーの貯蔵と利用，収縮要素と弾性要素の相互作用，収縮フィラメントと弾性フィラメントの増強，伸張反射に影響される．さらに，最大筋力の発生は，筋横断面積に対する筋線維の種類の寄与，筋の構造的特徴，腱の特性などの形態学的要因と運動単位のリクルート，発火頻度，運動単位の同期，筋間の協調などの神経学的要因に影響される．さらに，筋環境の急激な変化（例：疲労による変化，ホルモン環境の変化，筋温の変化など）は，最大パワーを発揮する能力に影響を与える．レジスタンストレーニングは，これらの神経筋の各要素に極めて特異的な影響を与えることがわかっている．したがって，最大パワー発揮の生物学的な基礎を理解することは，ヒトの最大パワー発揮を効果的に高めるトレーニングプログラムを開発するために不可欠であるといえよう．
最大パワーとは，筋収縮において達成される最も大きく発揮されたパワー(仕事/時間)のことである[1]．現場に応用するような観点から言えば，最大パワーとは，テイクオフ（離地），（ボールなどの）リリース，またはインパクト時に最大速度を出すことを目的として行われる1つの動作における最大の瞬間的なパワーのことである[2,3]．これは，スプリント，ジャンプ，方向転換，投球，キック，打動作などの一般的な動作を含むため，多数のスポーツに当てはまる．これまでの研究に裏付けられたエビデンスによると，最大パワーを発生させる能力が優れていると，一般的に運動能力が向上することが示されている[2-6]．最大パワーの発生には，相互に関連する一連の神経筋因子が寄与する．これらの要因に加えて，トレーニング後にこれらの要因に適応したエビデンスについては，このレビューの第1部で説明する．第2部では，Sports Medicine誌に掲載される予定で，ダイナミックな運動での最大パワー発揮を最も効果的に向上させるトレーニングプログラムの開発に関連する文献を調査する．
このレビューに関連する科学文献の検索は，米国国立医学図書館（PubMed），MEDLINE，SportDiscusÒの各データベースを使用し，「maximal power（最大パワー）」および「muscular power（筋パワー）」という用語を用いて行った．また，データベース検索で得られた文献の参考文献リストから関連論文を検索し，関連文献を入手した．検討した文献では，最大筋力の発揮に影響を与える可能性のある要因を調べた．
1.筋のメカニズム
1-1.力-速度関係について
力-速度関係は，筋の特徴的な性質であり，筋のパワー生成能力を規定するものである．この関係に関する研究には，分子レベルや単細胞レベル，全身の筋や多数の筋の動き，単関節や多関節の動きなど，さまざまなレベルの組織が用いられている[7-13]．どのようなアプローチであっても，図1のような特徴的な曲線を描き，コンセントリック収縮時の力と速度には逆の関係となることを説明できる[14]．筋のコンセントリック収縮速度が増加すると，その収縮時に生成できる力が減少する．これは，アクチンおよびミオシンのクロスブリッジの循環により，一定のレベルで活性化されている特定の筋や筋群に当てはまる．具体的には，クロスブリッジが付着し，離脱するのには一定の時間がかかるため，付着したクロスブリッジの総数は，筋の短縮速度が増すにつれて減少する．筋で発生する力の大きさは，付着したクロスブリッジ数に依存するという事実により，収縮速度が増加すると力は減少する．したがって，パワーは最大以下の力と速度の組み合わせで最も大きくなる [15] ．力-速度関係は，独立したカエルの縫工筋を用いて最初に定義されたが[14] ，ヒトすべての筋の動態についても，この基本的な特性によって同様に制限されるだろう[7,8,10-12,16,17]．したがって，最大筋力は，力-速度関係のパラメータ，すなわち最大等尺性力（Fmax），最大短縮速度（Vmax），およびその割合の大きさ（a/Fmaxまたはb/Vmaxで定義）によって決定される．筋の最大パワーの向上は，FmaxまたはVmaxを増加させること，またはその割合を減少させることによって達成できる．生体内での運動中の力-速度関係（正確には負荷-速度またはトルク-角速度の関係と呼ばれるが，混乱を避けるために力-速度の関係と呼ぶ）の測定は，筋繊維組成[16,18,19]，筋の構造上の特性[20,21]，解剖学的な関節の構成[16]，神経の活性化のレベルが混在しているため複雑である[7,21-24]． これらの制限があるにもかかわらず，このような運動中の力-速度関係を調べることは，様々な負荷条件の下で機能する本来の神経筋系の能力を定量化することになる．この情報は，ヒトの運動における最大パワーの生成を理解する上で不可欠である．
図１
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