人間が活動するにはエネルギーが必要!ATP-CP系 解糖系 有酸素系を解説

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目次

    人体のエネルギー供給について

    こんにちはフィジカルコーチをしている秋山拓実です。

    今回は人体の「エネルギー供給」についての解説です。

    スポーツ科学の中では基本的な知識にはなりますが、なかなか知られていないことです。

    スポーツ選手は知識があるだけで、競技力の向上も期待できると思います。

    なぜなら、このような運動生理学の知識は、競技練習やフィジカルトレーニングの質を上げ、練習の構成を考える上でも大変役に立つからです。

    エネルギーとは

    風力発電
    風力発電

    物が動くには動力が必要となり、動力をエネルギーといいます。

    地球規模でいえば、エネルギー資源の取り合いによる経済的な争いが、戦争に発展することもあります。

    日本でも、電力の生産方法を原子力に頼るか、原子力に頼らず太陽光や水力、火力で電力生産するかで政治団体の政策によって異なります。

    各家庭に電力を送り、それをエネルギー源として家電製品は動き、私たちの生活を助ける。

    植物は根から養分を吸収し、葉に光を集め、光合成とう化学変化によりエネルギーをつくりだし成長する。

    私たち人間はケーブルでカラダに送電したりはしない。

    土に根をはることもないが、植物と同じように体内で化学変化を起こし、活動するエネルギーを生産したり、常にカラダの新陳代謝をおこなっています。

    ATP再合成の3つの経路

    カラダを動かすエネルギー源になるのはATP(アデノシン3リン酸)物質です。

    運動によってATPは使われ、枯渇させないよう再合成を繰り返しています。

    ATPの再合成をがおこるには、【CP】【 解糖】【 有酸素】の3つの回路の働きがあります。

    ATP再合成の前に、それらの働きを解説します。

    CP系のATP再合成

    筋に貯蔵されているクレアチンリン酸という物質がクレアチンリン酸に分解するときに発生するエネルギーを利用してATPの再合成をしています。

    エネルギー供給CP系
クレアチンリン酸のはたらき
    エネルギー供給CP系

    クレアチンとは

    体内のアミノ酸(アルギニン・グリシン・メチオニン)によって肝臓や腎臓で合成されます。

    食事から摂取する場合、生肉や魚に多く含まれているといわれています。

    リン酸とは

    体内に存在する電解質の一つで、骨や歯の形成に欠かせない物質です。

    リンは牛乳や卵黄などに多く含みますが、他の食品にも含まれているので意識して摂取する必要はありません。

    解糖系のATP再合成

    筋に貯蔵されている糖質が多段階の分解を経てピルビン酸という物質に変化するときに発生するエネルギーを利用してATPの再合成をしています。

    エネルギー供給解糖系
    エネルギー供給解糖系

    糖質は血液中にグルコースとして貯蔵され、主にそれを分解してピルビン酸をつくっている。

    運動中は血液中のグルコースが不足するので、筋や肝臓に貯蔵されているグリコーゲンが分解され再合成に使われます。

    運動後の肉体的な回復を早めるには、筋や肝臓、血液中に使われた糖を補給させることを意識していただきたいです。

    有酸素系のATP再合成

    解糖系でピルビン酸や血液中の脂肪酸が細胞のミトコンドリア内にあるTCA回路に取り込まれATPが生産される。

    エネルギー供給有酸素系
    エネルギー供給 有酸素系

    有酸素系の運動で脂肪が分解されるメカニズムは、「体重を減らす、またはカラダを絞りたいとダイエットする」ことを指しています。

    有酸素系の運動では、脂肪から分解された脂肪酸をエネルギーとして使うので、脂肪が分解され使われれば、脂肪の質量が減るという理屈になります。

    TCA回路は細胞の中のミトコンドリアでおこり、ミトコンドリアの数が増えることによって、TCA回路が増えてATPの再生量が増えると考えられます。

    有酸素持久力の運動をしていると、細胞はミトコンドリアを増やす適応力を発揮します。

    高地トレーニングの効果

    selective focus photographed of green mountain

    山などの高所では酸素濃度が低いです。

    低酸素の条件下でのトレーニングは、少しでも多くの酸素をエネルギーにしようと細胞が増える働きがあります。

    有酸素持久性の高いマラソン選手はミトコンドリアの数が増え、有酸素系のエネルギーの再生能力が高く、特化した能力を発揮すると言えます。

    ATPのエネルギー供給

    人間のエネルギー源となるATPをつくりだすには、酸素と食物から得る栄養素、そして体内でおこなわれるエネルギー再合成です。

    人が活動するとき、筋肉の収縮がおこります。

    その筋収縮を可能にするエネルギー源がATP(アデノシン3リン酸)です。

    ATPは解説したCP系、解糖系、有酸素系の回路のはたらきにより再合成されます。

    ATPがADP(アデノシン2リン酸)に分解される時にエネルギーが発生し、筋の収縮が可能になります。

    エネルギーを継続して発生させるためには、新たにATPをつくりADPへ分解させる。

    その過程をATPの再合成とよび、持続的な筋肉の収縮活動が可能になる。

    エネルギー供給 ATP再合成
    エネルギー供給 ATP再合成

    パフォーマンスとの関係

    ATPの3つの回路の特性から、それぞれ考えられるパフォーマンスを書き上げていきます。

    パーフォーマンスの関係から考えられるATPは筋活動の直接的なエネルギーなのでエネルギーが枯渇することで、筋活動がおこなえなくなる。

    枯渇(こかつ)とは

    ひあがって水がなくなること

    尽きはてて、なくなること

    エネルギーの供給はエネルギー量や持続時間は異なるが、完全に分担されているわけではなく、交わるところもある。

    CP系

    瞬間的に大きなエネルギーを供給されるが10秒以内に枯渇する

    解糖系

    エネルギー供給はCP系と有酸素系の中間と考えられる。30秒以内に枯渇する

    有酸素系

    供給の速度は遅いが、酸素と糖質、脂質があれば30秒以上(長時間)エネルギーを供給することができる。

    スポーツ競技の特性によって体力要素は変化し、体力要素にあわせてエネルギー供給もされていることになります。

    特性によってエネルギー供給の比率は変化し、エネルギー供給が競技力にも繋がります。

    陸上競技の短距離や跳躍競技は筋力やスピードを多く使うパワー競技で、CP系エネルギー供給の活躍する割合が多いといえます。

    陸上競技のマラソンや長距離系の競技では心肺持久力や筋持久力を多く使う競技で、有酸素系エネルギー供給の活躍が多いといえる。

    サッカーやラグビーなど野外の広いコートで競技の場合、ボールに関係したインプレイの際はCP系のエネルギー供給率が高く、試合の中断やアウトオブプレイの際は有酸素系エネルギー供給率が高くなるといえる。

    それの繰り返しにより、必然的に中間の解糖系のエネルギー供給率が高くなると思われます。

    トレーニングによって同じ仕事率でもCP系や解糖系を使わないで、有酸素系のエネルギー供給でまかなえれば、省エネでハイブリットだといえます。

    CP系や解糖系は爆発的なエネルギー発生を「いざという時に発揮する」ことが、スポーツ競技の勝敗を分けるポイントになると考えます。

    ウォーミングアップで心拍数を上げ身体の準備をすることで、TCA回路の活躍を高めることも考えられます。

    TCA回路によりエネルギーを再合成できている状態は、エネルギーの供給が上手くいっている状態で、競技のパフォーマンスを高く維持するポイントになると思います。

    乳酸について

    高強度の運動後に筋肉にハリや重たさを感じる。

    それを疲労感として感じ、トレーニングの強度やコンディションの良好度の評価になるなります。

    その疲労感は乳酸が原因だと考えられ、乳酸を除去することが疲労回復への近道だといわれてきましたが、乳酸と疲労回復との直接的な関係がないことがわかってきました。

    筋収縮の副産物として発生した乳酸は、発生した筋でピルビン酸へと再変換されたのちTCA回路によりATPの再合成に利用されます。

    肝臓やその他の筋に運ばれた乳酸は、ピルビン酸やグルコースに変換され再利用されます。

    乳酸は疲労度を評価する基準にはなるが、再利用されるエネルギー源なので疲労との直接的な関係とは考えない。

    まとめ

    スポーツ競技をおこなっている最中にエネルギーの枯渇を感じたことがある方も多いと思います。

    動きのキレが落ちることや、走りのタイムが落ちる事、頭で考えられなくなるなど。

    自身が取り組んでいる競技の特性から、どのエネルギーを多く使っているのか、何が枯渇しやすいのか把握する。

    普段のトレーニングで耐性をつくることもできるし、積極的に食物を食事として摂取することで、栄養をカラダに取り込むことができるかもしれない。

    運動の理論を知ることで、競技パフォーマンスを上げるヒントになればと、思います。

    投稿者: フィジカルコーチ 秋山 拓実

    フィジカルコーチがフィットネスとスポーツの情報を発信! 「日本が運動で活気づく!」を仕事にしています! 健康運動指導士/NSCA CSCS/産業心理カウンセラー

    人間が活動するにはエネルギーが必要!ATP-CP系 解糖系 有酸素系を解説」に3件のコメントがあります

    1. ピンバック: 匿名

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